Fuente: (Téllez, 2018) BBVA Research, Fenalco, ANDI58 Situación Automotriz 2018 59
128 Según la cifras publicadas en el informe realizado por el banco BBVA, se tomó en cuenta la tasa de crecimiento para el año en curso, toda vez que dicho porcentaje está basado en un estudio de compras reales para los años 2017 y 2018, despreciando la proyección para el año 2019, ya que solamente es un estimado que no tiene en cuenta información de ventas reales.
A continuación se relaciona el cálculo del tránsito futuro por el método aritmético:
8.3.8.1 TRÁNSITO FUTURO POR MÉTODO ARITMÉTICO
TF = TA (1 + ni)
DONDE:
TF TRÁNSITO FUTURO
TA TRÁNSITO ACTUAL
n NÚMERO DE AÑOS
i TASA O RATA DE CRECIMIENTO
DATOS:
TA 21751
vehículos mixtos / día / todos los sentidos n 15 años i 0.023 % CÁLCULOS: TF 29255.095
vehículos mixtos / día / todos los sentidos
El tránsito futuro obtenido fue de 29255.095 vehículos/mixtos/día/todos los sentidos y según estimación de los autores, para este tránsito el volumen máximo en la hora pico aproximado es del 11.86% sobre el total del TF, lo que arroja un valor de 3469.65
129 vehículos, cumpliendo con la capacidad máxima de 3500 vehículos/hora que tiene una turboglorieta tipo ovoide.
8.4 NIVEL DE SERVICIO ACTUAL
De acuerdo a la tabla 1 VELOCIDADES EN Km/h QUE DETERMINAN LOS NIVELES DE SERVICIO POR TIPO DE TERRENO (Vc), del Manual de capacidad y niveles de servicio, la intersección o la zona de estudio se encuentra clasificada en el nivel de servicio E, toda vez que la velocidad máxima permitida en este corredor vial es de 50 km/h 3 kilómetros antes del ingreso a la intersección y según la clasificación para el nivel de servicio E las velocidades oscilan entre 42 y 52 km/h para un tipo de vía plana.
8.5 DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA (Dp)
De acuerdo a las características propias de la vía existente, su rasante se encuentra en un nivel con pendiente de cero grados y pavimentada, adicionalmente según trazado existente la velocidad máxima permitida se encuentra establecida en 30 km/h justo en el punto donde el conductor puede observar la señalización de ingreso a la intersección o glorieta existente, que para este caso aplica como su próximo obstáculo, en este sentido y de acuerdo a la tabla 7 las distancias para dicha velocidad son las siguientes:
Tabla 26 Distancia de visibilidad de parada (Dp) para el diseño de la turboglorieta.
VELOCIDAD ESPECÍFICA Ve DISTANCIA PERCEPCIÓN - REACCIÓN DISTANCIA DURANTE EL FRENADO A NIVEL DISTANCIA DE VISIBILIDAD DE PARADA (Km/h) (m) (m) CALCULADA (m) REDONDEADA (M) 30 20.9 10.3 31.2 35 Fuente: Propia
130
8.6 DISEÑO DE TURBOGLORIETA 8.6.1 CARACTERIZACIÓN
De acuerdo al análisis de la caracterización de la intersección de estudio según lo establecido en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del INVIAS, el punto de control cuenta con cuatro ramales de entrada, uno de los flujos representa una vía primaria con dos carriles de entrada y el otro a una vía secundaria con un solo carril de entrada.
Según la clasificación del profesor Lambertus en su manual de diseño de Turboglorietas y de acuerdo al estudio de tránsito realizado el tipo de Turboglorieta seleccionada fue de tipo ovoide, toda vez que el tránsito futuro no superó la capacidad de 3500 veh/hora en la hora pico según información relacionada en la tabla 12, además las características físicas de los ramales coinciden con este tipo de turboglorieta ya que sus ramales de entrada principales cuentan con dos carriles mientras que los secundarios cuentan con solo uno, cumpliendo con los parámetros establecidos para la aplicación de este modelo.
8.6.2 VEHICULO DE DISEÑO SELECCIONADO
Basados en la clasificación dada por el Ministerio de Transporte según resolución 4100 del 28 de Diciembre de 2004, la selección se realizó tomando los vehículos que generaran las condiciones más críticas para el diseño de la turboglorieta de acuerdo al estudio de tránsito para cada ramal de entrada.
Según la nomenclatura del Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías la categoría de los vehículos de diseño electos fueron: el 3S2 (tractocamión de tres (3) ejes con semirremolque de dos (2) ejes) para los ramales pertenecientes a la vía principal, Bus grande para la vía que entra desde Subachoque - Cundinamarca y el camión categoría 3 (camión de 3 ejes dobletroque) para la vía
131 que entra desde Madrid – Cundinamarca. Dichos vehículos generan un ancho de barrido mayor a los demás vehículos establecidos, garantizando un diseño adecuado y conforme a los espacios máximos que puede tener la intersección giratoria en una vía primaria y secundaria.
Las Dimensiones y trayectoria de giro para los vehículos seleccionados son las mostradas en la ilustración 8, 10 y 11 del presente documento.
8.6.3 DISEÑO MANUAL DEL TURBO BLOQUE
Una vez establecido el tipo de Turboglorieta a implementar se procedió a realizar la elección de las dimensiones del Turbo bloque (ver ilustración 42) que se ajustaran a los espacios dados por la topografía existente, que para el caso las más adecuadas eran las del tipo “Medium” definidas en la tabla 13, así mismo fue de suma importancia establecer el vehículo crítico o vehículo de diseño según estudio de tránsito, que por sus características propias como anchos de barrido, ancho total y longitud total conllevaron a la elección del diseño turbo bloque.
Para este caso el tipo de Turbo bloque estuvo definido por las siguientes dimensiones:
Tabla 27 Elementos del Turbo bloque de diseño
ELEMENTO DIMENSIÓN (m) R1 14.95 R2 20.00 R3 20.30 R4 25.25 L1 5.11 L2 4.95 ∆u 4.95 ∆v 5.15
132 Fuente: Propia
Ilustración 42 Diseño definitivo del Turbo bloque
Fuente: Propia
8.6.3.1 ISLA CENTRAL
De acuerdo a los parámetros establecidos dentro del manual de diseño de Turboglorietas relacionados en la tabla 13 y a las dimensiones dadas por la topografía existente se realizó el diseño del turbo bloque resaltando elementos tales como la isleta central con delantal remontable, carril interno, divisor direccional remontable y carril externo, combinando los radios recomendados por el profesor Lambertus Fotuijn en su manual, tomando los parámetros recomendados para el diseño holandés, Esloveco y Sueco que adaptan las condiciones geométricas del diseño en intersecciones colombianas.
133 Se realizan las recomendaciones del material en el que deben ir los elementos mencionados para el turbo bloque según criterios de los autores:
Tabla 28 Materiales recomendados para elementos en turboglorieta
ELEMENTO MATERIAL
ISLA CENTRAL – NO TRANSITABLE Césped a nivel del sardinel
SARDINEL DE ISLA CENTRAL Concreto h=15 cm e=12 cm
DELANTAL REMONTABLE Concreto estampado
CARRIL INTERNO Pavimento flexible (Existente)
DIVISOR DIRECCIONAL REMONTABLE Bordillos
CARRIL EXTERNO Pavimento flexible (Existente)
Fuente: Propia
En la ilustración 43 se muestran cada uno de los elementos que conforman el turbo bloque diseñado, con el fin de que se puedan identificar fácilmente en el diseño definitivo realizado por los autores:
Ilustración 43 Isla central del Turbo bloque
134
8.6.3.1 INICIO REMONTABLE DE DIVISOR DIRECCIONAL
De acuerdo a los parámetros para el diseño del turbo bloque, se establecieron anteriormente las medidas para los radios R2 y R3, la diferencia entre ambos marca el ancho del divisor direccional elevado o remontable.
Cuando los vehículos ingresan a la turboglorieta es necesario realizar el diseño de inicio del divisor direccional, ya que este tiene como función principal tener en cuenta el ancho de barrido del vehículo de diseño para una condición crítica al momento de ingresar al carril interno de la turboglorieta.
Se adoptan las recomendaciones del manual de diseño de turboglorietas, para el inicio del divisor direccional, tomando las directrices holandeses y eslovenas, adaptando dicho elemento a una longitud de 4 m y con ancho de 1 m al inicio del bordillo remontable, que servirá de separador físico entre carriles en el diseño implementado.
Ilustración 44 Diseño de inicio de divisor direccional remontable
135
8.6.4 DISEÑO 2D EN SOFTWARE TORUS
Como segundo parámetro contemplado en el presente documento, el diseño del turbo bloque se realizó en el software recomendado por los autores (TORUS 05.1 EDUCATIONAL), obtenido mediante el siguiente licenciamiento estudiantil con propósitos de desarrollo de la investigación:
Tabla 29 Licenciamiento TORUS 05.1
TORUS 05.1 EDUCATIONAL SINGLE USER LICENSE
Número de licencia 55463
Tipo de licencia Autónoma
Clave del CD 9A5E-GXSZ-7YQA-72EB-QN9G
Expiración de MAP 01/31/2019
Fuente: Propia
Una vez instalado el software, validado su licenciamiento y establecido todo el estudio de tránsito junto al levantamiento topográfico, se procedió al diseño del turbo bloque iniciando el programa, el cual es un complemento del aplicativo AutoCad según la versión instalada en el equipo donde se vaya a desarrollar el diseño. En la siguiente imagen se muestra la pantalla de inicio, indicando la pestaña de navegación de TORUS con sus herramientas para el diseño del turbo bloque:
136
Ilustración 45 TORUS – herramientas de diseño
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL60
El diseño se inicia configurando las unidades del proyecto para lo cual se recurre al icono de “Program Settings” ubicado en la parte superior izquierda. Seguido en la ventana que parece en “Select Category” y en la opción “general” se dota de las propiedades deseadas, para este caso puntual se configuró al sistema internacional.
Ilustración 46 Ajustes del Programa
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL61
60 (Transoft Solutions Inc. ) 61 (Transoft Solutions Inc. )
137 Seguido de lo anterior se procedió a incorporar el plano topográfico elaborado en Autocad y se trazó en el centro de la intersección dos líneas cruzadas que representaron el eje de la vía primaria (Autopista Medellín) y secundaria (Vía Subachoque), con el fin de que el programa pudiera detectar los 4 ramales existentes, tal como se muestra en la siguiente ilustración:
Ilustración 47 Trazado de ejes en levantamiento topográfico
Fuente: Propia
Una vez trazados los ejes se procedió a la generación del turbo bloque mediante el uso de la herramienta “Roundabout Wizard” (Asistente de instalación de Glorietas)
138 ubicado en el panel “Generate” de TORUS tal como se muestra en la siguiente ilustración:
Ilustración 48 Herramienta Roundabout Wizard
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL62
Entre las opciones que proporciona la herramienta “Roundabout Wizard” se encuentra la de elegir el tipo de dispositivo de control, esto se realiza en el panel de “Roundabout Type”, en donde para este proyecto en particular se eligió “Vehicle Envelopes Design Method”, dando click en la opción “Turbo Roundabout”. Seguido de lo anterior se proporcionó la información de la cantidad de ramales presentes en la intersección con la opción “General Configuration” ingresando su totalidad en la
139 casilla desplegable “legs”, que para este caso en particular se trataba de cuatro ramales convergiendo a la glorieta existente, una vez culminado este proceso seleccionar “Next”.
Ilustración 4930 Selección de ramales
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL63
En la ilustración 49 se muestra la ventana de opciones “Select Legs”, donde se seleccionó el par de ejes trazados anteriormente descritos sobre el plano topográfico, con el fin de que el software detecte automáticamente los 4 ramales de la intersección. Una vez culminado este proceso seleccionar “Next”, devolviendo un turbo bloque instaurado en el eje de la intersección, el cual debe ser actualizado de acuerdo al tipo de turboglorieta seleccionada tras el estudio de tránsito, esto se realiza mediante la siguiente ventana de opciones:
140
Ilustración 50 Tipos de plantillas Turboglorietas
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL64
En la ilustración 50 se muestra la ventana “Roundabout Template” donde se puede elegir el tipo de plantilla de turboglorietas disponibles, que para el presente caso de estudio se eligió una tipo “Egg” (Ovoide), que responde al cálculo de la capacidad respecto al volumen máximo en una hora pico resultado del estudio de tránsito realizado en la glorieta existente.
Una vez culminado este proceso y tras seleccionar “Next, se dio inicio a la ventana “Orientation” donde fue posible conseguir la orientación de la turboglorieta teniendo en cuenta el acceso donde el flujo era principal, esto se debe realizar acorde a las condiciones existentes de la intersección; dicha ventana da la posibilidad de
141 desplegar un listado de opciones donde se debe elegir el tipo de turboglorieta dependiendo la cantidad de accesos y forma del delantal remontable según criterio del diseñador, para conformar el turbo bloque definitivo.
Dicho listado muestra los turbo bloques predefinidos por el software, encontrando que no cuenta con la totalidad de tipologías establecidas en la tabla 13 para intersecciones con dos ejes comprendidas dentro del manual de diseño geométrico de turboglorietas. Debido a lo anterior se tomó la decisión de realizar el diseño del turbo bloque bajo la única condición aproximada disponible en dos ejes, para lo cual la opción fue “V&W 2009 2 Axes 12m”.
Ilustración 51 Orientación del Turbo bloque
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL65
142 En la ilustración 51 se muestra la opción elegida para el diseño del turbo bloque para finalmente rotarlo mediante las opciones mostradas en la ilustración 52 y así conseguir que coincida con el patrón de flujo de tráfico.
Ilustración 52 Ventana “Orientación”
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL66
Finalmente el software TORUS modela el turbo bloque acorde a las características que se han ingresado anteriormente, cumpliendo con los parámetros establecidos en la AASHTO y representa la tipología regular que establece la tabla 13 del manual de diseño de turboglorietas (Ver ilustración 53).
143
Ilustración 53 Turbo bloque definitivo
Fuente: TORUS 05.1 EDUCATIONAL67
8.6.5 ANÁLISIS DE MODELOS
Una vez consideradas las dimensiones de manera aproximada de las trayectorias de barrido del vehículo de diseño (3S2) establecidas en el Manual de Diseño Geométrico de Carreteras del Instituto Nacional de Vías (INVIAS), y tras realizar la superposición del modelo manual contra el modelo en 2D TORUS (ver ilustración 54), se logró identificar que el ancho del carril exterior es insuficiente para ambos modelos, por lo que se procedió a realizar adaptaciones para el definir un bosquejo que permitiera realizar el análisis de barrido del vehículo de diseño en la intersección, con el que más adelante se presenta el diseño definitivo que responde a las condiciones tanto topográficas como de maniobrabilidad de los vehículos.
144
Ilustración 54 Superposición de modelo manual y TORUS
Fuente: Propia Donde:
Tabla 31 Convenciones superposición turbo bloques
DISEÑO CAPA
TURBO BLOQUE MANUAL ROJO
TURBO BLOQUE TORUS 2D AZUL
Fuente: Propia
Una vez elaborada la superposición de los modelos, se analizó que ambos modelos no superaron las condiciones de espacio máximo dados por la topografía de la glorieta existente ya que esta fue la base de adecuación del nuevo diseño, así mismo
145 se evidenció que la turboglorieta de tamaño regular generada por TORUS al tener una isleta central con un desfase de aproximadamente 2 metros respecto a la de tamaño Medium obtenida de manera manual, permitió determinar que dicha diferencia podría ser adaptada en un delantal remontable en el carril exterior con el que podía garantizar las trayectorias de barrido generadas por el vehículo de diseño crítico, por lo tanto se procedió a adoptar las dimensiones del R1, R2, R3 y R4 de la turboglorieta tipo ovoide tamaño “Regular” dadas por TORUS, y se combinó con el R4 de la turboglorieta tipo ovoide tamaño “Medium” permitiendo sugerir por parte de los autores un radio adicional denominado R5 y así usarlo como delantales remontables en carril exterior.
A continuación en la ilustración 55 se presenta la consolidación de los dos modelos con las medidas de los radios definitivos y elementos que conforman el bosquejo con el que se realizó el análisis de barrido y posterior diseño final.
Ilustración 55 Elementos de Turbo bloque consolidado
146
8.6.6 ANÁLISIS DE BARRIDO
Tras haber obtenido el bosquejo final con respecto al consolidado del modelo manual contra el obtenido mediante TORUS, se procede a realizar el análisis de barrido en cada uno de los movimientos el cual fue facilitado mediante la implementación del aplicativo AutoTURN, software recomendado por los autores (AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL), obtenido mediante el siguiente licenciamiento estudiantil con propósitos de desarrollo de la investigación:
Tabla 32 Licenciamiento AutoTURN Pro 10.2
TORUS 05.1 EDUCATIONAL SINGLE USER LICENSE
Número de licencia 55462
Tipo de licencia Autónoma
Clave del CD 9ATD-UGB4-SUDZ-D5U6-BQ9A
Expiración de MAP 01/31/2019
Fuente: Propia
Una vez instalado el software, validado su licenciamiento y establecidos los vehículos de diseño según estudio de tránsito junto a la superposición de los turbo bloques, se procedió a la simulación de las trayectorias de barrido para definir el diseño de la turboglorieta final. Para lo anterior es necesario iniciar el programa, el cual es un complemento del aplicativo AutoCad según la versión instalada en el equipo donde se vaya a desarrollar la simulación.
En la siguiente imagen se muestra la pantalla de inicio, indicando la pestaña de navegación de AutoTURN Pro 10.2 con las herramientas para la simulación de la trayectoria de barrido en el turbo bloque:
147
Ilustración 56 AutoTURN Pro – herramientas de diseño
Fuente: AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL 68
Para poder realizar la simulación se inició configurando las unidades del proyecto para lo cual se recurrió al icono de “Program Settings” ubicado en la parte superior izquierda. Seguido en la ventana “Select Category” y en la opción “general” se dotó de las propiedades requeridas, para este caso puntual se configuró al sistema internacional.
Ilustración 57 Ajustes del Programa
Fuente: AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL 69
68 (Transoft Solutions Inc. ) 69 (Transoft Solutions Inc. )
148 Seguido de lo anterior se procedió a incorporar el bosquejo resultado de la superposición antes elaborada en Autocad y se configuraron los vehículos de diseño electos según estudio de tránsito de acuerdo a la normativa vigente aplicable en Colombia (AASTHO) y parámetros del manual de diseño geométrico de carreteras del Instituto Nacional de Vías (INVIAS); dichos criterios se encuentra incorporados en el software y su selección se hizo de la siguiente manera:
Ilustración 58 Selección del vehículo de diseño
Fuente: AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL 70
149 En el panel “configure” demarcado en la ilustración 58 con el círculo rojo, se seleccionó la opción “vehicles” la cual abrió una ventana llamada “Select current vehicle” y en el menú “Group vehicles by” se escogió la opción que más convenía según el filtro que se deseó aplicar, siendo “country” la opción para el presente estudio debido a que el aplicativo maneja la normativa de los vehículos de buena parte del mundo y el interés de este proyecto se enfoca para Colombia.
Para el caso de Colombia desplegó el listado de los vehículos oficialmente patentados para el diseño de vías en el país, de acuerdo a la normativa vigente que se muestra en la ilustración 60, información que fue posible de constatar por medio del icono “i” de la ilustración 59.
Ilustración 59 Icono para extracción de normatividad para vehículo de diseño
Fuente: AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL 71
150
Ilustración 60 Información de normativa para vehículo de diseño
Fuente: AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL 72
Para este caso en particular los vehículos a utilizar en la simulación de la trayectoria de barrido fueron los siguientes:
Tabla 33 Vehículos de diseño elegidos
NOMBRE VEHÍCULO ILUSTRACIÓN
BUS GRANDE
151 CAMIÓN CATEGORÍA 3
CAMIÓN 3S2
Fuente: Propia
Luego de establecer el vehículo de diseño para la simulación de barrido, se aplicaron las condiciones dando click en el botón “ok” y se procedió a insertar el vehículo dentro del bosquejo anteriormente obtenido accediendo a la opción “2D Arc Path” contenido en el panel “2D Smarth Paths”, ver ilustración 61.
152
Ilustración 61 Inserción del vehículo de diseño
Fuente: AutoTURN Pro 10.2 EDUCATIONAL 73
Luego del anterior proceso en la ventana “SmartPath Tools” se seleccionó el botón con la flecha negra, el cual permitió alinear el vehículo a la geometría establecida en el bosquejo, siendo necesario seleccionar una polilínea que se encontraba alineada con el eje de la vía donde se pretendió simular la trayectoria de barrido. Una vez seleccionado se desplazó el cursor en la dirección en la que se pretendió que el vehículo realizara la maniobra.
153
Ilustración 62 Direccionamiento del vehículo para barrido