Evaluación operacional del BRT mediante microsimulación en la avenida 68 de la ciudad de Bogotá

Microsimulación: una revisión

Variedad de herramientas computacionales son usadas para la modelación de corredores a través de modelos analísticos, empíricos o de simulación estocástica (D’Ambrogio et al., 2009). En particular, uno de los modelos de seguimiento estocástico y velocidades dinámicas más usado para realizar las simulaciones se encuentra disponible en la herramienta VISSIM (Verkehr In Städten SIMulation) (Casares, A. y Galarraga, 2015). Este software de microsimulación permite estudiar una porción de la red vial bajo las diferentes intervenciones que se deseen evaluar y predecir los indicadores de tránsito más importantes (Rivera et al., 2011). Además, la microsimulación es la herramienta sugerida para determinar las soluciones más óptimas (Godavarthi et al., 2014), pues ha sido utilizado para caracterizar variedad de comportamiento de los conductores, como los cuellos de botella y otros problemas de tráfico (Raju et al., 2017) y puede ser aplicado en la operación de autopistas, redes urbanas con altos niveles de congestión, análisis de emisiones y estimar variaciones en los tiempos de retraso y capacidad de una sección de vía (Ratrout y Rahman, 2009). A continuación, se resumen los principales enfoques y conclusiones expuestas por especialistas internacionales más significativas sobre soluciones de tráfico mediante microsimulación.

Intersecciones semaforizadas

Chepuri et al. (2015), y Chepuri et al. (2018) evaluaron los tiempos de retraso en el tráfico causado por cuatro intersecciones en 1,8 km del corredor del BRT en la ciudad de Surat (India), a través de microsimulación en el software VISSIM. Se encontró que incrementar los tiempos en verde hasta 140 s en la dirección de mayor congestión puede reducir significativamente los tiempos de viaje (hasta 266 s).

Raju et al. (2020) estudian la eficiencia en el flujo de tráfico en la intersección semaforizada más congestionada del BRT en la misma ciudad a través de microsimulación. Los escenarios incluyeron el diseño de dos, tres y cuatro fases de control semafórico en la que se demuestra que un control de tres fases es adecuando para estos casos.

Ni et al. (2020) analizaron los retrasos en las intersecciones dotadas con semáforos del BRT en Taichung (Taiwan) y mediante un sistema de control pasivo con prioridad, las microsimulaciones mostraron que se puede reducir en un 22 % los tiempos de retrasos del BRT sin afectar el nivel de servicio del tráfico total de la zona, y se incrementa la capacidad de este sistema de transporte.

Glorietas

El uso de glorietas puede mejorar todos los indicadores de tránsito en una intersección urbana (Ipus-Gaviria et al., 2016). Aakre y Aakre (2017) estudian glorietas con carril continuo central de uso exclusivo del BRT que pasa a través de la isla central. Mediante control de tráfico de dos fases se controló el conflicto entre el BRT y los demás vehículos que usan la glorieta. Según los resultados, la microsimulación muestra que este tipo de configuraciones con semáforos pueden inducir importantes reducciones en los retrasos (cero retrasos en BRT y reducción en los demás vehículos) y emisiones del sistema de transporte.

Por su parte, Kawanzi y Benon (2018) en un estudio en Kampala (Uganda), donde las intersecciones operan en condición saturada, se determinó que la implementación de semáforos en las glorietas incrementa la longitud de cola y aumenta los retrasos debido a que se altera el balance en el flujo del tráfico de la glorieta sin señalización.

Pasos a desnivel

Los pasos a desnivel generalmente son la solución más eficiente para una intersección en cuanto a indicadores de tránsito (Ipus-Gaviria et al., 2016, Rincón-Numpaque et al., 2020). Ipus Gaviria et al. (2016) evaluaron tres intersecciones urbanas en la ciudad de Montería (Colombia) mediante microsimulación con el software Aimsun. Los resultados permitieron identificar que la solución definitiva es la construcción de deprimidos que reducen a un 30 % los tiempos de viaje en cada una de las intersecciones.

Rincón-Numpaque et al., 2020 estudiaron las alternativas de solución a la movilidad para una intersección tipo glorieta que se encuentra operando por encima de su capacidad en la ciudad de Tunja (Colombia). Como resultado, se determinó que los pasos a desnivel permiten incrementar en cerca de cuatro veces la velocidad de circulación actual y mantiene velocidades aceptables en los siguientes veinte años (18,7 km/h).

Microsimulación de corredores del BRT

Las técnicas de simulación microscópica han sido aplicadas para estudiar los corredores del BRT en los últimos años (Chepuri et al. (2018), Godavarthi et al., 2014). Siddique y Khan, 2006 estudiaron la capacidad ante altos volúmenes de tránsito en los corredores del BRT de la ciudad de Ottawa (Canadá) mediante el software de microsimulación NETSIM. Se encontró que la capacidad arrojada fue entre 22 % y 55 % mayores que las estimadas en el Manual de capacidad de carreteras (HCM por sus siglas en inglés).

Por otra parte, Ancora et al. (2012) buscaron desarrollar un nuevo modelo de microsimulación llamado TRANSIMT para integrar la infraestructura, vehículos, configuración de paraderos, estrategias de controles semafóricos y pasajeros, en el análisis que fue empleado para evaluar el desempeño de los corredores del BRT en Roma y que puede ser ajustado a implementaciones del BRT en otras regiones para la configuración de servicio que se ofrezca en dicha zona.

Zheng et al. (2020) diseñaron una estrategia de control dinámica para compartir el carril exclusivo del BRT con el tráfico mixto, sin perjudicar su operación con vehículos con tecnología de conectividad integrada, que fue simulado sobre un tramo de BRT en Chengdu (China). En este caso se evaluaron las condiciones de operación libre y sobresaturado; en esta última condición se encontró que los tiempos de espera de los vehículos mixtos pueden ser reducidos sin afectar la operación habitual del BRT.

Segmento seleccionado para el estudio

El sistema de BRT para la capital está planeado sobre las vías arterias (Muñoz González, 2011) en ocho (VIII) fases para alcanzar sus metas de cobertura; actualmente ha puesto en operación las primeras tres (III) etapas compuestas por 114,4 km distribuidos en 11 corredores (figura 1, línea negra) y 139 estaciones monitoreadas por una estructura de control centralizada (Cortés, 2016, Rodríguez-Polo y Henao-Pérez, 2018). Este sistema, a 2021, reportó una demanda de 34 001 175 pasajeros diarios y una velocidad límite de 60 km/h en los corredores (Global BRT Data, 2020).

Figura 1: Red de troncales del BRT de Bogotá

Fuente: adaptado de (Rodríguez-Polo, K. A. y Henao-Pérez, 2019)

Los corredores se encuentran en la categoría oro (más alta de la escala), de acuerdo con la escala adaptada por el Instituto de Transportación y Desarrollo de Políticas (ITDP, por su sigla en inglés). Esta categoría considera que los corredores existentes alcanzan los mejores niveles de desempeño operacional y de eficiencia mientras se provee una alta calidad en el servicio (Instituto de Transportación y Desarrollo de Políticas (ITDP), 2016). El corredor de la avenida carrera 68 forma parte de la siguiente fase a construir, se proyecta que estará disponible para 2025, y cubrirá el sector comprendido entre la autopista Sur y la calle 100 con carrera 7 (una distancia de 17 kilómetros). Sin embargo, en la sección vial de la calle 98 y la avenida Suba (figura 1, línea azul) durante los periodos de máxima demanda se tiene una elevada congestión vehicular, por ser una de las centralidades de la malla vial que brinda acceso a las localidades de Suba, Usaquén, Barrios Unidos y Chapinero, y de conectar con el mayor centro de Bogotá (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2014). En consecuencia, se requiere estudiar las alternativas integrales en esta zona del este nuevo corredor del BRT que inicia por estudiar la condición actual, registrar su geometría y acudir a los reportes existentes (Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), 2020), con la finalidad de determinar las soluciones más viables para la adecuada movilidad en este sector.

El tramo de estudio tiene una longitud aproximada de 1,0 km que, en su mayor extensión, está desarrollado sobre una curva horizontal de 1020 m de radio, una pendiente longitudinal del 1 %, dotada de cuatro intersecciones (calle 98, carrera 68A, carrera 64 y av. Suba) con semáforos y sin pasos elevados o deprimidos (Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), 2019). En la figura 2 se muestra el tramo investigado junto con las direcciones de tráfico en la intersección mediante flechas rojas (ingreso) y verdes (salidas).

Figura 2: Zona de estudio

La avenida carrera 68 es una vía arterial tipo V-2, de acuerdo con las categorías actuales (Ministerio de Transporte, 2008). La sección transversal entre la calle 98 y la avenida Suba consta de un ancho vial de 44,0 m conformado por: a) cuatro calzadas unidireccionales de ancho 7,0 m (dos por sentido de flujo, es decir, un carril lento más uno rápido); b) separadores externos entre carriles en el mismo sentido de 3,0 m, y c) un separador central de hasta 10,0 m. En particular, en las intersecciones con la carrera 68A y la avenida Suba, el separador central se reduce debido al retorno al sur y el carril de giro a la izquierda, respectivamente (Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), 2020). El carril lento aloja tráfico mixto, incluidas rutas de transporte público colectivo, mientras que en el carril rápido transitan los vehículos particulares.

Se realizó un aforo manual por conteo directo en las cuatro intersecciones mediante el aforo de cada una de las entradas y salidas de estas, de manera simultánea. Para determinar la hora de máxima demanda (HDM, por sus siglas en inglés) se sumaron los volúmenes de todas las intersecciones con la finalidad de identificar la tendencia de todo el tramo de estudio.

La HDM determinada de esta manera fue entre las 08:45 y 09:45 horas, con un total de 9843 veh./h. En esta hora se procesaron los registros de volúmenes vehiculares por movimiento en cada una de las intersecciones, para ser ingresados en la microsimulación (tabla 2). De igual forma, se registraron las velocidades de operación en este intervalo mediante una pistola de velocidad Speedster III. La tabla 1 consolida los valores registrados en campo. En esta se puede observar que la velocidad más baja (13 km) se registra en la dirección sur-norte (de la calle 98 hacia la avenida Suba) sobre el carril rápido.

Tabla 1: Velocidad operacional registrada en el tramo de estudio

Tabla 2: Volúmenes vehiculares medidos en campo y del modelo y, el valor GEH entre ambos

Situación actual

Se inició con la simulación del estado actual del tramo de estudio para contar con un modelo de partida confiable en el software VISSIM (PTV AG, 2015) que se ajustara a los datos recopilados en campo (p. ej., volúmenes y velocidades) y las observaciones de las visitas al sitio (p. ej., puntos de congestión y longitud de colas). En el software se ingresaron las condiciones geométricas y los volúmenes vehiculares contabilizados. El ajuste o calibración del modelo se realizaron bajo la metodología expuesta por Casares, A. y Galarraga, 2015, mediante un comparativo de los valores arrojados por la microsimulación con los medidos en las vías. La calibración se llevó a cabo tanto con los datos de volúmenes vehiculares como con las velocidades para las entradas y salidas de las cuatro intersecciones. La comparación de estos volúmenes se ejecutó mediante el estadístico utilizado en los estudios de tráfico (Rincón-Numpaque et al., 2020), denominado factor GEH Geoffrey E. Havers, ecuación (1)). Si al menos el 85 % de los valores GEH se encuentran por debajo de 5, el modelo se considera calibrado en cuanto a volúmenes. El valor de GEH se evalúa mediante la ecuación (1):

Donde, M representa los valores obtenidos desde el modelo, y C, los datos medidos en campo. La tabla 2 presenta los volúmenes de los vehículos tomados en campo y los determinados en la evaluación del modelo y el comparativo GEH por tipo de vehículo (casillas sombreadas). Se observa que todos los GEH calculados son inferiores a 5, tanto para cada tipo de vehículo como para el total (máximo valor 3,71); en consecuencia, el modelo se encuentra calibrado en cuanto a volúmenes.

En la figura 3 se muestra la correlación (ajuste por mínimos cuadrados) entre los datos aforados en campo y los resultados arrojados por la simulación, en cuanto a la variable velocidad, donde se logra un nivel de calibración adecuado para un valor mayor o igual al 90 %. En este caso, el valor de R2 es de 98,68 %; por tanto, el modelo se encuentra calibrado por velocidad.

Figura 3: Correlación de la variable velocidad

Fuente: tomada de (Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), 2020).

Propuesta etapa I: situación actual con la adición del BRT

Esta propuesta consistió en destinar las calzadas rápidas en ambos sentidos de la avenida 68 para uso exclusivo del BRT (p. ej., norte-sur y sur-norte), con cambio en su geometría en las intersecciones a pasos a desnivel (deprimidos), para evitar las intersecciones semaforizadas y mejores tiempos de desplazamiento por el corredor vial. Lo anterior se soporta en que el incremento de la fase de permanencia en verde de los semáforos para el BRT causa retrasos muy altos en el tráfico de las intersecciones como ha sido reportado (Chepuri et al. (2015), Siddique y Khan, 2006) y una alta concentración de densidad de vehículos en las intersecciones que se observaron en la simulación del estado actual. Se suspendió el tránsito de los vehículos colectivos de servicio público y el tránsito mixto se trasladó en su totalidad a las calzadas laterales (carril lento inicial). En las intersecciones se mantuvo un tramo del carril rápido para permitir giros a la izquierda que son fundamentales para el acceso a los barrios de la zona de estudio. La estación proyectada para BRT se ubica entre la avenida 68 entre carreras 68A y 65, con ingreso peatonal mediante un puente localizado en la carrera 65.

Propuesta etapa II: adición de glorieta en cinco años

Considerando los estudios previos sobre la combinación de glorietas con pasos elevados y deprimidos como solución alternativa a intersecciones con altos volúmenes de tráfico (Rincón- Numpaque et al., 2020), se plantea una glorieta en el cruce de la avenida 68 con avenida Suba.

A través de la glorieta se da la integración exclusiva del BRT que actualmente está funcionando sobre la avenida Suba con la propuesta del BRT sobre la avenida 68. Por otra parte, el tráfico mixto sobre la avenida 68 se canaliza a través de un deprimido (hundimiento de los carriles) que cruza bajo la avenida Suba debido a la alta demanda vehicular que circula por esta avenida. Finalmente, el tráfico mixto sobre la avenida Suba mantiene su flujo a través de un paso elevado (puente). De esta manera, se elimina cualquier conflicto entre el los BRT y el tráfico mixto en la intersección.

Para la estimación de los volúmenes, se partió de los volúmenes actuales y el incremento esperado del parque automotor (vehículos mixtos) para las dos localidades en las que se encuentra el tramo de la troncal (p. ej., Suba y Barrios Unidos) que fueron tomados desde la Secretaría de Movilidad (2015) que se presentan en la tabla 3.

Tabla 3: Tasas anuales de incremento del tránsito estimadas para la ciudad

Los volúmenes futuros calculados a través de la expresión (2):

Donde, T _f y T _o son el tránsito futuro e inicial respectivamente; r y n son la tasa de crecimiento anual y el número de años a proyectar, respectivamente. De esta manera, la cantidad de pasajeros y las cifras de buses del BRT requeridos para alcanzar el 90 % de la capacidad de ocupación son estimadas a partir de estas tasas.

Propuesta etapa III: adición de carril para vehículos mixtos en diez años

Debido al incremento en los volúmenes vehiculares en diez años y la demanda latente generada por los vehículos mixtos, como se presenta más adelante, es necesario un carril adicional en la calzada sentido occidente-oriente (de la calle 98 hacia la avenida Suba), con la finalidad de conservar o aumentar las velocidades en los vehículos mixtos y así garantizar la viabilidad de las soluciones propuestas.

Propuesta etapa IV: adición de segundo carril para vehículos mixtos en quince años

Los resultados del escenario de calibración (situación base) muestran que el flujo crítico de vehículos se presenta en la calzada rápida sentido oriente-occidente (velocidades más bajas de todos los movimientos), y que se asocia a los tiempos de espera de los usuarios que realizan maniobras para ir del sur hacia el occidente o retornar al sur. Para responder a esta situación, se adicionó un segundo carril en la calzada de la avenida 68 para el tráfico mixto (de la avenida Suba hacia calle 98) y que buscó mantener unas condiciones operacionales estables del tramo de estudio para la proyección del parque automotor.

Proyección final a veinte años

Al considerar los resultados de la etapa anterior que son presentados más adelante, en una etapa final se procede a validar las propuestas de mejoras en el largo plazo, se mantiene la geometría de la etapa IV y los volúmenes vehiculares proyectados.