Análisis de intersecciones: clave para mejorar el comportamiento vial
El análisis y continuo monitoreo de la situación en la que un vehículo está involucrado en una intersección actualmente se considera una información importante para mejorar el flujo vehicular y determinar los posibles factores implicados en los accidentes viales.
Daphne Espejel García Ingeniera civil con doctorado. Profesora e investigadora de la Universidad Autónoma de Chihuahua (UACH), especialista en infraestructura del transporte y modelación.
Vanessa V. Espejel García Ingeniera geóloga con doctorado. Profesora e investigadora de la UACH.
Alejandro Villalobos Aragón Ingeniero geólogo con doctorado. Profesor e investigador de la UACH.
Los accidentes relacionados con intersecciones viales representan entre el 40 y el 50% de los accidentes e incidentes de tráfico en la mayoría de los países, y es una de las mayores razones por las cuales es necesario que este tipo de infraestructuras viales se monitoreen, analicen y evalúen de manera constante. Estadísticamente, un 89% de los accidentes en intersecciones suceden debido a errores del conductor, como fallas de percepción, malentendido de la situación y decisión equivocada.
Se considera una intersección vial o crucero al sitio donde dos o más caminos o calles convergen, divergen, se encuentran o se cruzan a la misma altura, es decir, donde confluyen dos o más caminos. En una intersección puede haber señales de alto en uno o en ambos lados; también semáforos, e incluso glorietas. El reconocimiento de los patrones viales es esencial para analizar las características estructurales de una red de caminos, lo que a su vez proporciona beneficios para la planificación urbana, la generación de mapas, la recolección de información y la reducción de accidentes. Diseñar correctamente una intersección, organizar y gestionar racionalmente la circulación en ella es necesario para mejorar el tráfico y garantizar la seguridad de la población.
Las intersecciones son cruciales en la red vial de las ciudades, pero a su vez son causantes de congestiones viales y accidentes. Por ejemplo, en las intersecciones de ciudades muy pobladas puede haber mayores tiempos de demora de los conductores, y los tiempos para salvarlos pueden variar dependiendo del horario, las condiciones geométricas, el volumen y los espaciamientos, entre otros factores. En ciudades más pequeñas también se sufren estos problemas, ya que, por su tamaño, las calles no son tan anchas, no tienen muchos carriles por sentido y el parque vehicular aumenta cada vez más; a ello se agrega la cultura vial de los conductores y de los peatones. Debido a todo lo expuesto, el diseño y el posterior análisis y evaluación de intersecciones urbanas se vuelve cada vez más relevante en la resolución de problemas de tráfico tales como congestión, contaminación e inseguridad.
Las intersecciones pueden ser planas –donde todos los caminos están al mismo nivel (figura 1)– o a desnivel –donde algunos caminos para cambiar de dirección suben o bajan del nivel de planta–. En este trabajo solo se abordan las intersecciones planas.
Diseñar una intersección requiere varios estudios previos, tanto de comportamiento del tránsito vehicular como de geometría del terreno; se debe seleccionar el tipo de intersección más adecuada y proyectar la canalización de los vehículos.
Pero ¿qué hacer cuando las intersecciones ya están en funcionamiento y presentan problemas? Aquí es donde el ingeniero especializado en infraestructura del transporte entra en acción. Generalmente, los problemas en una intersección urbana se deben a alguna falla en el diseño estructural, a mala semaforización o gestión de control, o a falta de conciencia del tráfico en la población. Las maneras de mejorar la situación se centran en la renovación integral de la intersección, una mejor canalización de los vehículos y medidas de desempeño.
Primeramente, se debe mantener un constante monitoreo del flujo vehicular a través de aforos, ya sea visuales, mediante tubos neumáticos o por conteos a través de videos (figura 2). Este estudio permite determinar el volumen de flujo de los automotores que circulan por la intersección de interés, así como proyectar el aumento de estos a través de los años. En el aforo es importante clasificar el tipo de vehículos que circulan por cada carril, así como el número de autos que giran en todos los sentidos de la intersección. Una vez que se tiene este dato, se procede a la modelación.
Al procesar la información de los aforos, se calculan valores importantes del comportamiento vehicular en las vialidades. Uno de ellos es el grado de calidad de servicio en el que se encuentra en una calle o carretera, el cual se mide cuantitativamente a través de lo que se conoce como niveles de servicio. De acuerdo con los manuales de capacidad (TRB, 2010), existen seis niveles de servicio representados de la letra A a la F. En la tabla 1 se definen las características de cada nivel.
Los modelos de simulación de flujo de tráfico son herramientas establecidas para evaluar los impactos de las medidas planificadas, tales como los cambios de infraestructura, tiempos de semaforización o equipamiento especial de los conductores (crucero inteligente). Dependiendo del tipo de investigación, hay diferentes niveles de detalle en el modelado de la infraestructura vial. Para la simulación de grandes redes de carreteras, se recurre a los modelos de flujo macroscópicos; por su parte, los modelos microscópicos se utilizan más a menudo para estudiar el flujo de tráfico en áreas más pequeñas, pero con mayor detalle (tal es el caso de las intersecciones viales). Sin embargo, los modelos microscópicos han aumentado su área de aplicación debido a una mayor capacidad informática disponible, especialmente para la investigación de sistemas de transporte inteligentes.
Los modelos microscópicos requieren mayor calibración, debido al gran número de parámetros que intervienen en la modelación. Anteriormente, la adaptación de un modelo microscópico a una situación local requería mucho tiempo, y era difícil obtener los datos de medición necesarios. Hoy en día ya existen más datos de medición disponibles, gracias a la aparición de sistemas inteligentes de transporte. Los sistemas de control inteligentes en una intersección, en ciudades con tecnología más avanzada, tienen sensores para medir la velocidad y la distancia del vehículo anterior y, por lo tanto, pueden proporcionar una base de datos sólida para la calibración de los modelos microscópicos. También se puede partir de información proporcionada por los equipos de GPS en los vehículos o incluso de los celulares de cada conductor.
La simulación microscópica de tráfico pretende describir con gran nivel de detalle el entorno de simulación (escenarios que se desea simular) y el modo de comportamiento de los vehículos en distintas situaciones. Este tipo de simulación se basa en la caracterización de los conductores y en el efecto que ejercen los semáforos, obstáculos y otros sucesos puntuales sobre los conductores que transitan por la infraestructura vial. La microsimulación tiene dos tipos de componentes: estáticos –que determinan con precisión el escenario que se desea simular y permanecen inalterables– y dinámicos –que fijan las interacciones entre los diferentes elementos–. Estas simulaciones son óptimas para el modelado de redes viales congestionadas e infraestructuras viales y para el diseño de intersecciones, semaforizadas y no semaforizadas, entre muchas otras.
Existen diferentes programas computacionales para llevar a cabo microsimulaciones de tráfico; gracias a ellos se puede obtener información del comportamiento actual, así como predecir el comportamiento a diferentes periodos con indicadores de relevancia.
Entre los muchos casos que se pueden exponer como ejemplo, se presenta un estudio en la ciudad de Chihuahua. En la porción occidental de la ciudad, se trabajó en la intersección semaforizada que comprende la conexión entre una de las vialidades más importantes de la ciudad, Periférico de la Juventud, y una vía principal: la Av. Francisco Villa (figura 3). Ambas vialidades conectan zonas residenciales con hospitales y comercios, lo que exige gran atención en el comportamiento vial en dicha intersección debido a la alta demanda presentada durante las horas pico.
En este lugar se llevaron a cabo aforos visuales y por tubos neumáticos, lo que proporcionó la información necesaria para describir los movimientos direccionales, tasas de ocupación en hora pico y volumen total de vehículos que transitan por el lugar a distintas horas del día (figura 4). Gracias al aforo visual, se detectó un alto volumen vehicular que provocaba que el ciclo de semaforización resultara ineficiente, pues incrementaba las demoras en el tiempo de viaje y, por consecuencia, se generaban accidentes e incidentes viales.
Posteriormente, una vez recabada y procesada la información de los aforos vehiculares, se procedió a la microsimulación en un programa computacional especializado, el cual debió calibrarse de acuerdo con las condiciones de la ciudad. Como resultado, el programa proporcionó indicadores de interés, como tiempos de viaje y de demora, densidad y carriles con mayor congestión, entre otros, para comparar el estado actual de la red con los datos simulados. Aunado a esto, se continúa con la propuesta de una alternativa para solucionar los problemas que presenta la intersección, como las demoras en los diferentes cuerpos de circulación, que van de 60 a 140 segundos; aunque parezca no ser este un indicador grave de demora, se percibe como problema porque, con el rezago en el ciclo de semaforización, se presenta una gran cantidad de incidentes viales cuando los conductores tratan de pasar en los últimos segundos del verde efectivo.
En los resultados de la simulación, la intersección fue catalogada en el nivel de servicio F (flujo totalmente forzado). Una de las soluciones propuestas es el cambio de ciclos de semaforización, de 285 a 120 segundos, lo que sería una primera etapa para desahogar el tráfico y alcanzar un nivel de servicio D (flujo con demoras) en hora pico.
Las soluciones para cada problema vial varían según la situación particular. Para el caso de estudio, a corto plazo pudo resolverse con un cambio de ciclo de semaforización, pero para condiciones distintas, o incluso en este mismo caso pero a largo plazo, las soluciones pueden incluir el cambio de la geometría de la intersección o las direcciones del flujo, creación de una nueva infraestructura (gazas viales, puentes, tréboles, entre otros) o una combinación de todo lo anterior. En situaciones en donde ninguna de las anteriores soluciones funciona, se tendría que llevar a cabo un rediseño de la ingeniería vial.
Conclusión
La simulación vial ayuda a generar soluciones de corto, mediano y largo plazo, de tal forma que se pueden monitorear los desempeños de las intersecciones y evitar gastos innecesarios que podrían aprovecharse en otro tipo de infraestructura. Para la intersección estudiada, en un futuro próximo será necesario crear vías alternas de acceso a la zona residencial para evitar congestionamiento.
En conclusión, la simulación de flujos permite planear, diseñar, construir y operar de manera eficiente cualquier problema vial. Debido al crecimiento excesivo del parque vehicular en cualquier parte del mundo, hoy es el momento más adecuado para comenzar a analizar, evaluar e implementar cambios en las intersecciones viales con base en los modelos de microsimulación para el tráfico, con la finalidad de disminuir el congestionamiento y la contaminación, y evitar accidentes
Referencias
Transportation Research Board, TRB (2010). Highway Capacity Manual. Washington.
Wei, L., et al. (2021). Autonomous driving strategies at intersections: Scenarios, state-of-the-art, and future outlooks. Proceedings of the International Intelligent Transportation Systems Conference: 44-51. Institute of Electrical and Electronics Engineers.
