sábado, 30 de enero de 2016

Sección transversal y tráfico en carreteras de calzada única

La sección transversal de una carretera determina en gran medida no sólo los costes de construcción, conservación y mantenimiento sino que también afecta a la explotación de la obra, es decir, la fluidez del tráfico y la seguridad vial.

La banda destinada a la circulación de vehículos se conoce como calzada y se divide en carriles. A ambos lados de la calzada se suelen disponer arcenes, generalmente pavimentados, y bermas en la parte más exterior. El conjunto de estas bandas se denomina plataforma. Si la carretera dispone de más de una calzada, la banda que separa calzadas se denomina mediana.

Se ha demostrado que una plataforma más ancha produce mejoras significativas en la seguridad vial. Carriles más anchos, arcenes y bermas permiten realizar maniobras evasivas que eviten el accidente en algunos casos, reducir la gravedad o mitigar sus consecuencias en otros.

El diseño de la sección transversal de una carretera en España viene regulado por la Norma de trazado. La sección transversal se determina de acuerdo con el volumen y composición del tráfico estimados en lo que se conoce como año horizonte (20 años después de la puesta en servicio). Por otra parte, la norma fija las dimensiones de los elementos constitutivos de las distintas franjas de la sección transversal en función del número de calzadas, tipo de carretera e intensidad de tráfico. La Tabla 1 muestra los valores requeridos para elementos de carreteras convencionales de calzada única.

Tabla 1. Anchura elementos en carreteras de calzada única.
Velocidad de proyecto
(km/h)
Carriles
(m)
Arcenes
(m)
Bermas
(m)
100 3,5 1,5 - 2,5 0,75 - 1,5
80 3,5 1,5 0,75 - 1,5
60 3,5 1,0 - 1,5 0,75 - 1,5
40
(IMD>2.000)
3,5 0,5 -
40
(IMD<2.000)
3,0 0,5 -

Puesto que no existen otras directrices de trazado en las administraciones viarias españolas, la mencionada norma de trazado se considera subsidiaria en carreteras de otras redes.
Sin embargo, a medida que disminuye la entidad de la carretera a diseñar, es cada vez menos frecuente encontrar las secciones de norma. En su lugar se plantean otras más modestas, ya que las de la norma pueden resultar inasumibles desde un punto de vista económico.

En análisis de la seguridad vial se modeliza el riesgo como el producto de tres factores: exposición, probabilidad y consecuencias. Al diseñar la sección transversal de la carretera se busca minimizar el riesgo para los usuarios dentro de un coste económico asumible. Mientras que la exposición suele asociarse a la longitud del tramo, la probabilidad de un accidente es proporcional al volumen de tráfico que circula por la vía. Las consecuencias, según se ha dicho, son inversamente proporcionales a las dimensiones de los elementos de la sección transversal y, eventualmente, las márgenes de la carretera.

Para ilustrar esta entrada he estudiado los volúmenes de tráfico, velocidades de proyecto y dimensiones de la sección transversal de las carreteras de calzada única titularidad de la Comunidad de Madrid. La información sobre volúmenes de tráfico es publicada anualmente por la Comunidad de Madrid en su dossier de tráfico. Tanto la velocidad de proyecto en cada tramo como las dimensiones de la sección transversal se han estimado con la ayuda de Google Earth y Google Street View. En concreto, la velocidad de proyecto del tramo se estima a partir de los radios mínimos en planta aproximados de las curvas, dando lugar a una clasificación de acuerdo a la citada norma de trazado, como C-100, C-80, C-60 y C-40. Aunque algunos casos no cumplían manifiestamente los radios mínimos de una C-40, se han incluido dentro de dicho grupo. Dentro de la sección transversal, se ha medido la anchura de la calzada y de la plataforma.

La Figura 1 muestra el resultado de representar la intensidad media diaria (IMD) de 2014 frente a la anchura de plataforma. En primer lugar se observa una importante dispersión de valores. Además, como ya se anticipaba unas líneas más arriba, la inmensa mayoría de las secciones transversales quedan fuera de las disposiciones de la norma. Otro aspecto destacable es que se observa una débil distribución de las velocidades de proyecto. De acuerdo con los principios de la norma, las secciones de carreteras con mayor velocidad de proyecto deberían situarse a la derecha y a la izquierda las de menor velocidad, pero esto no se aprecia de manera nada clara. Estudiando la relación entre las variables representadas, la regresión que mejor se ajusta a la nube de puntos toma como variable independiente el logaritmo natural de la intensidad de tráfico. El indicador de la bondad de ajuste R2 obtenido es 0,56. Tanto el término independiente como el coeficiente de la variable independiente son significativamente distintos de cero.

Figura 1. IMD, ancho de plataforma y velocidad de proyecto.

Cuando entra en juego la intensidad de vehículos pesados, en principio se podría pensar que la anchura de calzada o de plataforma es más importante aún, dado el mayor gálibo de estos vehículos. La Figura 2 ejemplifica la dispersión existente entre IMD de vehículos pesados en 2014 y la anchura de la calzada en las mismas carreteras. Nótese que el eje de abscisas está representado en escala logarítmica. Aquí la entropía de velocidades de proyecto es todavía mayor que en la figura anterior. Si bien hay una cierta proporcionalidad entre intensidad de vehículos pesados y anchura de la calzada, existen no obstante algunos casos de calzadas anormalmente estrechas para las intensidades que soportan. En este caso también se calculó la regresión entre las variables que intervienen, con un ajuste algo menos indicativo que en el caso anterior, pero con coeficientes igualmente significativos.

Figura 2. IMD pesados, ancho de calzada y velocidad de proyecto.

Por último se muestra la distribución de las secciones transversales de los tramos en la Figura 3. Cabe destacar que secciones con calzadas de 6 metros en numerosos casos disponen de arcenes (o bermas) más amplios que secciones con calzadas mayores. Por otra parte, a medida que aumenta la anchura de calzada existente, en general, aumenta la variedad de anchura de plataforma. En este sentido, se representa un rango de secciones razonablemente posibles relacionando las dimensiones de calzada y plataforma de forma consistente.

Figura 3. Ancho de calzada frente a ancho de plataforma.

Se observa por tanto una cierta disparidad en las dimensiones de los elementos de las secciones transversales. Sin embargo, esta variedad podría responder a criterios tan relevantes como los condicionantes del entorno (relieve, edificaciones, etc.) o la composición del tráfico (vehículos pesados, vehículos agrícolas, ciclistas). Cada proyecto de construcción, o eventualmente acondicionamiento, de estas carreteras podría haber considerado estos condicionantes, aunque parece que, en el caso del tráfico de vehículos pesados, no se tuvo en cuenta o la prognosis no fue demasiado acertada. Tampoco es muy acertado en algunos casos el dimensionamiento de la sección transversal en relación con la velocidad de proyecto, ya que la definición de esta última debería estar implícitamente condicionada por los factores del entorno. Es necesario de hecho que haya una cierta coordinación entre diseño en planta, alzado y sección transversal. Ante estos resultados cabe reflexionar sobre la necesidad de un marco normativo para el diseño geométrico de carreteras de redes autonómicas, provinciales, etc., ya que la norma general no tiene cabida para estas secciones de menor entidad. Como ejemplo, la American Asociation of State Highway Transportation Officials (AASHTO) sí cuenta con unos estándares sobre diseño geométrico de vías de baja intensidad. Muchas administraciones autonómicas en España disponen de un marco normativo para otros aspectos del diseño de la carretera, como los firmes y pavimentos. En todo caso es importante poner de relieve la importancia de la planificación en carreteras dado el alto impacto sobre la economía y sobre la seguridad que éstas tienen.