El avance es la distancia o duración entre vehículos en un sistema de tránsito medida en el espacio o el tiempo. El avance mínimo es la distancia o el tiempo más corto que puede alcanzar un sistema sin reducir la velocidad de los vehículos. La definición precisa varía según la aplicación, pero se mide más comúnmente como la distancia desde la punta (extremo delantero) de un vehículo hasta la punta del siguiente detrás de él. Puede expresarse como la distancia entre vehículos o como el tiempo que le tomará al vehículo que va detrás cubrir esa distancia. Un avance "más corto" significa un espacio más estrecho entre los vehículos. Los aviones operan con intervalos medidos en horas o días, los trenes de carga y los sistemas ferroviarios de cercanías pueden tener intervalos medidos en partes de una hora, los sistemas de metro y tren ligero operan con intervalos del orden de 90 segundos a 20 minutos, y los vehículos en una autopista pueden tienen tan solo 2 segundos de diferencia entre ellos.
El avance es un dato clave para calcular la capacidad general de ruta de cualquier sistema de tránsito. Un sistema que requiere grandes intervalos tiene más espacio vacío que capacidad de pasajeros, lo que reduce el número total de pasajeros o la cantidad de carga que se transporta para una determinada longitud de línea (ferrocarril o carretera, por ejemplo). En este caso, la capacidad debe mejorarse mediante el uso de vehículos más grandes. En el otro extremo de la escala, un sistema con intervalos cortos, como los automóviles en una autopista, puede ofrecer capacidades relativamente grandes aunque los vehículos transporten pocos pasajeros.
El término se aplica con mayor frecuencia al transporte ferroviario y al transporte por autobús , donde a menudo se necesitan avances reducidos para mover un gran número de personas en ferrocarriles de tránsito masivo y sistemas de tránsito rápido de autobuses . Un avance menor requiere más infraestructura, lo que hace que lograr avances más bajos sea costoso. Las grandes ciudades modernas requieren sistemas ferroviarios de pasajeros con una enorme capacidad, y los bajos intervalos permiten satisfacer la demanda de pasajeros en todas las ciudades, excepto en las más transitadas. Los sistemas de señalización más nuevos y los controles de bloques móviles han reducido significativamente los avances en los sistemas modernos en comparación con las mismas líneas hace sólo unos años. En principio, los sistemas automatizados de tránsito rápido personal y los pelotones de automóviles podrían reducir los avances a tan solo fracciones de segundo.
Existen diversas formas de medir y expresar un mismo concepto, la distancia entre vehículos. Las diferencias se deben en gran medida al desarrollo histórico en diferentes países o campos.
El término surgió a partir del uso ferroviario, donde la distancia entre los trenes era muy grande en comparación con la longitud del propio tren. Medir el avance desde la parte delantera de un tren hasta el frente del siguiente era simple y consistente con la programación de horarios de los trenes, pero limitar el avance de punta a punta no siempre garantiza la seguridad. En el caso de un sistema de metro, la longitud de los trenes es uniformemente corta y el intervalo permitido para detenerse es mucho más largo, por lo que se puede utilizar el intervalo de punta a punta con un factor de seguridad menor. Cuando el tamaño del vehículo varía y puede ser más largo que sus distancias o espacios de frenado, como ocurre con los trenes de carga y las aplicaciones en autopistas, las mediciones de punta a cola son más comunes.
Las unidades de medida también varían. La terminología más común es utilizar el tiempo de paso de un vehículo a otro, lo que refleja fielmente la forma en que se medían los avances en el pasado. Se pone en marcha un cronómetro cuando un tren pasa por un punto y luego mide el tiempo hasta que pasa el siguiente, dando el tiempo de punta a punta. Esta misma medida también se puede expresar en términos de vehículos por hora, como se utiliza, por ejemplo, en el Metro de Moscú . [1] Las mediciones de distancia son algo comunes en aplicaciones que no son de trenes, como vehículos en una carretera, pero las mediciones de tiempo también son comunes aquí.
Los movimientos de trenes en la mayoría de los sistemas ferroviarios están estrictamente controlados por los sistemas de señalización ferroviaria . En muchos ferrocarriles, los conductores reciben instrucciones sobre velocidades y rutas a través de la red ferroviaria. Los trenes sólo pueden acelerar y desacelerar relativamente lentamente, por lo que detenerse desde cualquier velocidad que no sea baja requiere varios cientos de metros o incluso más. La distancia necesaria para detenerse suele ser mucho mayor que el alcance de la visión del conductor. Si la vía de delante está obstruida, por ejemplo un tren está parado allí, entonces el tren que viene detrás probablemente la verá demasiado tarde para evitar una colisión.
Los sistemas de señalización sirven para informar a los conductores sobre el estado de la vía, de modo que se pueda evitar una colisión. Un efecto secundario de esta importante función de seguridad es que el avance de cualquier sistema ferroviario está efectivamente determinado por la estructura del sistema de señalización y, en particular, por el espacio entre las señales y la cantidad de información que se puede proporcionar en la señal. Los avances del sistema ferroviario se pueden calcular a partir del sistema de señalización. En la práctica, existe una variedad de métodos diferentes para mantener separados a los trenes, algunos de los cuales son manuales, como el funcionamiento de órdenes de trenes o sistemas que involucran telégrafos, y otros que dependen completamente de la infraestructura de señalización para regular los movimientos de los trenes. Los sistemas manuales de trenes en funcionamiento son comunes en áreas con un bajo número de movimientos de trenes, y los avances se analizan con mayor frecuencia en el contexto de los sistemas no manuales.
Para la señalización de bloqueo automático (ABS), el intervalo se mide en minutos y se calcula a partir del tiempo transcurrido desde el paso de un tren hasta que el sistema de señalización vuelve a estar completamente despejado (continuar). Normalmente no se mide punta a punta. Un sistema ABS divide la vía en bloques en los que sólo puede entrar un tren a la vez. Por lo general, los trenes se mantienen separados por dos o tres secciones de cuadra, dependiendo de cómo esté diseñado el sistema de señalización, por lo que la longitud de la sección de cuadra a menudo determinará el avance.
El contacto visual como método para evitar una colisión (como durante las maniobras ) se realiza sólo a bajas velocidades, como 40 km/h. Un factor clave de seguridad en el funcionamiento de los trenes es espaciar los trenes al menos a esta distancia, el criterio de la "parada de pared de ladrillos". [2] [3] Para señalizar los trenes a tiempo para permitirles detenerse, los ferrocarriles colocaron trabajadores en las líneas que cronometraron el paso de un tren y luego señalaron a los trenes siguientes si no había transcurrido un cierto tiempo. Esta es la razón por la que los avances de los trenes normalmente se miden como tiempos de punta a punta, porque el reloj se reiniciaba cuando la locomotora pasaba al trabajador.
A medida que se inventaron los sistemas de señalización remota, los trabajadores fueron reemplazados por torres de señalización en lugares determinados a lo largo de la vía. Esto dividió la vía en una serie de secciones de bloques entre las torres. A los trenes no se les permitió ingresar a una sección hasta que la señal dijera que estaba despejado. Esto tuvo el efecto secundario de limitar la velocidad máxima de los trenes a la velocidad a la que podían detenerse en la distancia de una sección de cuadra. Esta fue una consideración importante para el Tren Avanzado de Pasajeros en el Reino Unido , donde la longitud de las secciones de bloque limitaba las velocidades y exigía el desarrollo de un nuevo sistema de frenado. [4]
No existe un tamaño de sección de bloque perfecto para el enfoque de control de bloques. Las secciones más largas, que utilizan la menor cantidad de señales posible, son ventajosas porque las señales son caras y son puntos de falla, y permiten velocidades más altas porque los trenes tienen más espacio para detenerse. Por otro lado, también aumentan el avance y, por tanto, reducen la capacidad total de la línea. Estas necesidades deben equilibrarse caso por caso. [5]
En el caso del tráfico de automóviles, la consideración clave en el rendimiento de frenado es el tiempo de reacción del usuario. [6] A diferencia del caso del tren, la distancia de parada es generalmente mucho más corta que la distancia de localización. Eso significa que el conductor igualará su velocidad a la del vehículo que va delante antes de alcanzarlo, eliminando el efecto de "pared de ladrillos".
Los números ampliamente utilizados son que un automóvil que viaja a 60 mph necesitará unos 225 pies para detenerse, una distancia que cubrirá en poco menos de 6 segundos. Sin embargo, los viajes por carretera suelen realizarse con considerable seguridad, con avances de punta a punta del orden de 2 segundos. Esto se debe a que el tiempo de reacción del usuario es de aproximadamente 1,5 segundos, por lo que 2 segundos permiten una ligera superposición que compensa cualquier diferencia en el rendimiento de frenado entre los dos autos.
Varios sistemas de tránsito rápido personal en la década de 1970 redujeron considerablemente los avances en comparación con los sistemas ferroviarios anteriores. Bajo control informático, los tiempos de reacción se pueden reducir a fracciones de segundo. Es discutible si las regulaciones tradicionales de avance deberían aplicarse a los PRT y a la tecnología de trenes de vagones. En el caso del sistema Cabinentaxi desarrollado en Alemania , los avances se fijaron en 1,9 segundos porque los desarrolladores se vieron obligados a respetar el criterio de la pared de ladrillos. En experimentos, demostraron avances del orden de medio segundo. [7]
En 2017, en el Reino Unido, el 66% de los automóviles y vehículos comerciales ligeros y el 60% de las motocicletas abandonaron la diferencia recomendada de dos segundos entre ellos y otros vehículos. [8]
El espacio entre los vehículos se selecciona según varios criterios de seguridad, pero el concepto básico sigue siendo el mismo: dejar tiempo suficiente para que el vehículo se detenga de forma segura detrás del vehículo que le precede. Sin embargo, el criterio de "parada segura" no tiene una solución obvia; Si un vehículo sigue inmediatamente detrás del que va delante, el vehículo que va delante simplemente no puede detenerse lo suficientemente rápido como para dañar el vehículo que está detrás. Un ejemplo sería un tren convencional, en el que los vehículos están unidos y tienen sólo unos pocos milímetros de "juego" en los acoplamientos. Incluso cuando la locomotora aplica una frenada de emergencia, los vagones que la siguen no sufren ningún daño, ya que cierran rápidamente el espacio entre los acoplamientos antes de que pueda aumentar la diferencia de velocidad.
Se han realizado muchos experimentos con sistemas de conducción automatizados que siguen esta lógica y reducen considerablemente los avances a décimas o centésimas de segundo para mejorar la seguridad. Hoy en día, los modernos sistemas de señalización ferroviaria CBTC pueden reducir significativamente el intervalo entre trenes en la operación. Utilizando sistemas automatizados de control de crucero "seguidores de automóviles" , los vehículos pueden formar pelotones (o bandadas) que se aproximan a la capacidad de los trenes convencionales. Estos sistemas se emplearon por primera vez como parte de la investigación de tránsito rápido personal, pero luego se utilizaron automóviles convencionales con sistemas similares a piloto automático.
La línea 14 del Metro de París funciona con intervalos de tan solo 85 segundos, [9] mientras que varias líneas del Metro de Moscú tienen intervalos en las horas pico de 90 segundos. [10]
La capacidad de la ruta está definida por tres cifras; el número de pasajeros (o peso de la carga) por vehículo, la velocidad máxima segura de los vehículos y el número de vehículos por unidad de tiempo . Dado que el avance tiene en cuenta dos de las tres entradas, es una consideración principal en los cálculos de capacidad. [11] El avance, a su vez, se define por el rendimiento de frenado, o algún factor externo basado en él, como el tamaño de los bloques. Siguiendo los métodos de Anderson: [12]
El avance mínimo seguro medido de punta a cola está definido por el rendimiento de frenado:
dónde:
El avance de punta a punta es simplemente el avance de punta a cola más la longitud del vehículo, expresada en el tiempo:
dónde:
La capacidad vehicular de un solo carril de vehículos es simplemente la inversa del avance de punta a punta. Esto suele expresarse en vehículos por hora:
dónde:
La capacidad de pasajeros del carril es simplemente el producto de la capacidad del vehículo por la capacidad de pasajeros de los vehículos:
dónde:
Considere estos ejemplos:
1) tráfico en autopista, por carril: velocidades de 100 km/h (~28 m/s), 4 pasajeros por vehículo, longitud del vehículo de 4 metros, frenado de 2,5 m/s^2 (1/4 g ), tiempo de reacción de 2 segundos, tope de pared de ladrillo, de 1,5;
En realidad, el avance utilizado es mucho menor que 10,5 segundos, ya que en las autopistas no se utiliza el principio de pared de ladrillos. En realidad, se puede suponer 1,5 personas por automóvil y 2 segundos de avance, lo que da 1.800 automóviles o 2.700 pasajeros por carril y hora.
A modo de comparación, el condado de Marin, California (cerca de San Francisco ), afirma que el flujo máximo en la autopista 101 de tres carriles es de unos 7.200 vehículos por hora. [13] Se trata de aproximadamente el mismo número de pasajeros por carril.
A pesar de estas fórmulas, es ampliamente conocido que reducir el avance aumenta el riesgo de colisión en entornos de automóviles privados estándar y, a menudo, se lo conoce como seguir de cerca .
2) sistema de metro, por línea: velocidades de 40 km/h (~11 m/s), 1000 pasajeros, longitud del vehículo de 100 metros, frenado de 0,5 m/s^2, tiempo de reacción de 2 segundos, parada en pared de ladrillos, de 1,5;
Tenga en cuenta que la mayoría de los sistemas de señalización utilizados en los metros imponen un límite artificial al avance que no depende del rendimiento de frenado. Además, el tiempo necesario para las paradas en las estaciones limita el avance. Usando una cifra típica de 2 minutos (120 segundos):
Dado que el avance de un metro está limitado por consideraciones de señalización, no por el desempeño del vehículo, las reducciones en el avance a través de una mejor señalización tienen un impacto directo en la capacidad de pasajeros. Por esta razón, el sistema de metro de Londres ha gastado una cantidad considerable de dinero en mejorar la red SSR, [14] las líneas Jubilee y Central con nueva señalización CBTC para reducir el avance de aproximadamente 3 minutos a 1, mientras se prepara para los Juegos Olímpicos de 2012 . [15]
3) sistema automatizado de tránsito rápido personal , velocidades de 30 km/h (~8 m/s), 3 pasajeros, longitud del vehículo de 3 metros, frenado de 2,5 m/s^2 (1/4 g ), tiempo de reacción de 0,01 segundos, freno- Fallo en el vehículo líder durante una desaceleración de 1 m/s, respectivamente 2,5 m/s si el vehículo líder se frena. de 1,1;
Esta cifra es similar a las propuestas por el sistema Cabinentaxi , aunque predijeron que el uso real sería mucho menor. [16] Aunque los PRT tienen menos asientos para pasajeros y velocidades, sus intervalos más cortos mejoran drásticamente la capacidad de pasajeros. Sin embargo, estos sistemas a menudo se ven limitados por consideraciones legales, lo que limita su rendimiento a 2 segundos, como el de un automóvil. En este caso:
Los avances tienen un enorme impacto en los niveles de pasajeros por encima de un cierto tiempo de espera crítico. Siguiendo a Boyle, el efecto de los cambios en el avance es directamente proporcional a los cambios en el número de pasajeros mediante un simple factor de conversión de 1,5. Es decir, si un intervalo se reduce de 12 a 10 minutos, el tiempo promedio de espera de los pasajeros disminuirá en 1 minuto y el tiempo total de viaje en el mismo minuto, por lo que el aumento en el número de pasajeros será del orden de 1 x 1,5 + 1. o alrededor del 2,5%. [17] Véase también Ceder para una discusión extensa. [18]
