En el ámbito del transporte por carretera , un intercambiador (inglés americano) o un cruce a desnivel (inglés británico) es un cruce de carreteras que utiliza separaciones a desnivel para permitir el movimiento del tráfico entre dos o más carreteras o autopistas , utilizando un sistema de carreteras interconectadas para permitir que el tráfico en al menos una de las rutas pase por el cruce sin interrupción por flujos de tráfico cruzados. Se diferencia de una intersección estándar , donde las carreteras se cruzan a nivel. Los intercambiadores casi siempre se utilizan cuando al menos una carretera es una autopista de acceso controlado (autopista o autopista) o una carretera dividida de acceso limitado (autopista), aunque a veces se utilizan en cruces entre calles de superficie.
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Nota: Las descripciones de los cruces se aplican a los países en los que los vehículos circulan por el lado derecho de la carretera. Para circular por el lado izquierdo, se refleja el diseño de los cruces. Se incluye la terminología norteamericana (NA) y británica (UK).
El concepto de autopista de acceso controlado se desarrolló en las décadas de 1920 y 1930 en Italia, Alemania, Estados Unidos y Canadá. Inicialmente, estas carreteras presentaban intersecciones a nivel a lo largo de su longitud. Los intercambiadores se desarrollaron para proporcionar acceso entre estas nuevas autopistas y calles de superficie muy transitadas. La Bronx River Parkway y la Long Island Motor Parkway fueron las primeras carreteras en presentar separaciones a nivel. [c] [18] [19] El ingeniero de Maryland Arthur Hale presentó una patente para el diseño de un intercambiador de trébol el 24 de mayo de 1915, [20] aunque la obra vial conceptual no se realizó hasta que se inauguró un trébol el 15 de diciembre de 1929 en Woodbridge, Nueva Jersey , que conectaba la Ruta 25 de Nueva Jersey y la Ruta 4 (ahora Ruta 1/9 de EE. UU. y Ruta 35 de Nueva Jersey ). Fue diseñado por la firma de ingeniería de Filadelfia Rudolph and Delano, basándose en un diseño visto en una revista argentina. [21] [22] [19]
Un intercambio de sistema conecta múltiples autopistas de acceso controlado, sin intersecciones señalizadas a nivel. [4]
Un intercambiador en forma de trébol es un cruce de cuatro ramales donde los giros a la izquierda a través del tráfico opuesto se manejan mediante rampas de bucle no direccionales. [23] Se llama así por su apariencia desde arriba, que se asemeja a un trébol de cuatro hojas . [21] Un trébol es el intercambiador mínimo requerido para un intercambiador de sistema de cuatro ramas. Aunque eran comunes hasta la década de 1970, la mayoría de los departamentos y ministerios de carreteras han tratado de reconstruirlos en diseños más eficientes y seguros. [23] El intercambiador en forma de trébol fue inventado por el ingeniero de Maryland Arthur Hale, quien presentó una patente para su diseño el 24 de mayo de 1915. [20] El primero en América del Norte se inauguró el 15 de diciembre de 1929 en Woodbridge, Nueva Jersey, conectando la Ruta 25 de Nueva Jersey y la Ruta 4 (ahora Ruta 1/9 de EE. UU. y la Ruta 35 de Nueva Jersey). Fue diseñado por la firma de ingeniería de Filadelfia Rudolph y Delano basándose en un diseño visto en una revista argentina. [21] [22]
El primer trébol de Canadá se inauguró en 1938 en el cruce de la autopista 10 y lo que se convertiría en Queen Elizabeth Way . [24] El primer trébol fuera de América del Norte se inauguró en Estocolmo el 15 de octubre de 1935. Apodado Slussen , se lo conocía como un "carrusel de tráfico" y se consideró un diseño revolucionario en el momento de su construcción. [25]
Un intercambiador en forma de trébol ofrece conexiones ininterrumpidas entre dos caminos, pero presenta problemas de entrelazamiento. A lo largo de la línea principal, una rampa circular introduce el tráfico antes de una segunda rampa circular que proporciona acceso al cruce, entre el cual se mezcla el tráfico de entrada y salida. Por esta razón, el intercambiador en forma de trébol ha caído en desuso en lugar de los intercambiadores combinados. [21] Algunos pueden ser medios tréboles que contienen rampas fantasma que pueden actualizarse a tréboles completos si se extiende la carretera. La US 70 y la US 17 al oeste de New Bern, Carolina del Norte, son un ejemplo.
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Un intercambiador de columnas es un intercambiador de cuatro vías en el que se puede hacer un giro a la izquierda semidireccional y un giro a la derecha direccional. Por lo general, el acceso a ambos giros se proporciona simultáneamente mediante una única rampa de salida. Suponiendo que se conduce por la derecha, para cruzar el tráfico entrante e ir a la izquierda, los vehículos primero salen por una rampa de salida desde el carril más a la derecha. Después de salir del tráfico que gira a la derecha, completan su giro a la izquierda cruzando ambas autopistas en una rampa elevada o paso subterráneo. El penúltimo paso es una incorporación con el tráfico de la rampa de entrada que gira a la derecha desde el cuadrante opuesto del intercambiador. Finalmente, una rampa de entrada fusiona ambos flujos de tráfico entrante en la autopista en sentido izquierdo. Como solo hay una rampa de salida y una rampa de entrada (en ese orden respectivo), las columnas no sufren el problema del zigzagueo y, debido a las rampas elevadas semidireccionales y las rampas direccionales, generalmente son seguras y eficientes para manejar grandes volúmenes de tráfico en todas las direcciones.
Un intercambiador de columnas estándar incluye vías en cuatro niveles, también conocido como una columna de 4 niveles, que incluye las dos autopistas perpendiculares, y un nivel adicional para cada par de rampas de giro a la izquierda. Estas rampas se pueden apilar (cruzar) en varias configuraciones por encima, por debajo o entre las dos autopistas que se intercambian. Esto los distingue de los intercambiadores de turbinas, donde los pares de rampas de giro a la izquierda están separados pero al mismo nivel. Hay algunas columnas que podrían considerarse de 5 niveles; sin embargo, siguen siendo intercambiadores de cuatro vías, ya que el quinto nivel en realidad consiste en rampas dedicadas para carriles para vehículos de alta ocupación /autobús o vías de servicio que atraviesan el intercambiador. El intercambiador de columnas entre la I-10 y la I-405 en Los Ángeles es una columna de 3 niveles, ya que las rampas semidireccionales están espaciadas lo suficiente, por lo que no necesitan cruzarse entre sí en un solo punto como en una columna convencional de 4 niveles.
Las chimeneas son significativamente más caras que otros intercambiadores de cuatro vías debido al diseño de los cuatro niveles; además, pueden sufrir objeciones de los residentes locales debido a su altura y alto impacto visual. Las chimeneas grandes con múltiples niveles pueden tener una apariencia compleja y a menudo se las describe coloquialmente como Mixing Bowls , Mixmasters (para una marca de batidoras eléctricas de cocina Sunbeam Products ) o como Spaghetti Bowls o Spaghetti Junctions (en comparación con los espaguetis hervidos ). Sin embargo, consumen un área de tierra significativamente menor en comparación con un intercambiador en forma de trébol.
Un intercambiador combinado (a veces denominado por el acrónimo cloverstack ) [26] [27] es un híbrido de otros diseños de intercambiadores. Utiliza rampas de bucle para servir a un flujo de tráfico más lento o menos ocupado , y rampas elevadas para servir a flujos de tráfico más rápidos y pesados. [28] [29] Si las vías locales y expresas sirven en las mismas direcciones y cada calzada está conectada por la derecha al intercambiador, se instalan rampas adicionales. El diseño de intercambiador combinado se utiliza comúnmente para actualizar los intercambiadores en forma de trébol para aumentar su capacidad y eliminar el zigzagueo. [30]
Algunos híbridos de turbina-pila:
El intercambiador de turbinas es un intercambiador direccional alternativo de cuatro vías. El intercambiador de turbinas requiere menos niveles (normalmente dos o tres) y conserva las rampas direccionales en todo el recorrido. Cuenta con rampas de salida a la derecha y de giro a la izquierda que recorren el centro del intercambiador en una espiral en el sentido de las agujas del reloj . Un intercambiador de turbinas completo cuenta con un mínimo de 18 pasos elevados y requiere más terreno para construir que un intercambiador de chimeneas de cuatro niveles; sin embargo, los puentes suelen ser de longitud corta. Junto con los costes de mantenimiento reducidos, un intercambiador de turbinas es una alternativa menos costosa que una chimenea. [35]
Un intercambiador de molinos de viento es similar a un intercambiador de turbinas, pero tiene curvas mucho más cerradas, lo que reduce su tamaño y capacidad. El intercambiador recibe su nombre por su apariencia superior similar a las aspas de un molino de viento .
Una variación del molino de viento, llamada molino de viento divergente, aumenta la capacidad al alterar la dirección del flujo de tráfico de las autopistas intercambiantes, haciendo que las rampas de conexión sean mucho más directas. [36] También existe un intercambio híbrido similar al molino de viento divergente en el que las salidas de giro a la izquierda se fusionan a la izquierda, pero se diferencia en que las salidas de giro a la izquierda utilizan rampas direccionales a la izquierda.
Un intercambiador trenzado o divergente es un intercambiador de dos niveles y cuatro vías. Un intercambiador es trenzado cuando al menos una de las calzadas invierte los lados. Busca hacer que los giros a la izquierda y a la derecha sean igualmente fáciles. [37] En un intercambiador trenzado puro, cada calzada tiene una salida a la derecha, una salida a la izquierda, una rampa de entrada a la derecha y una rampa de entrada a la izquierda, y ambas calzadas están invertidas.
El primer intercambiador trenzado puro se construyó en Baltimore en la carretera interestatal 95 y la carretera interestatal 695 ; [38] sin embargo, el intercambiador se reconfiguró en 2008 a un intercambiador de pila tradicional. [39]
Un intercambio de rotonda de tres niveles presenta una rotonda separada por niveles que maneja el intercambio de tráfico entre autopistas. [10] Las rampas de las autopistas intercambiantes se encuentran en una rotonda o rotonda, en un nivel separado por encima, por debajo o en el medio de las dos autopistas.
Estos intercambiadores también pueden utilizarse para realizar una "vía de enlace" hacia el destino de un intercambiador de servicios, o la creación de una nueva vía básica como intercambiador de servicios.
Los intercambiadores de trompeta se pueden utilizar donde una carretera termina en otra carretera y se denominan así por su parecido con las trompetas . A veces se los llama asas de jarra . [40]
Estos intercambiadores son muy comunes en las carreteras de peaje , ya que concentran todo el tráfico de entrada y salida en un único tramo de la carretera, donde se pueden instalar plazas de peaje una vez para manejar todo el tráfico, especialmente en las autopistas de peaje con tiques . Se puede encontrar un intercambiador de doble trompeta donde una carretera de peaje se encuentra con otra carretera de peaje o una autopista gratuita. También son útiles cuando la mayor parte del tráfico en la autopista final va en la misma dirección. El giro que se usa con menos frecuencia contendría la rampa de bucle más lenta. [41]
Los intercambios de trompeta se utilizan a menudo en lugar de intercambios direccionales o semidireccionales en T o Y porque requieren menos construcción de puentes pero aún así eliminan el tejido. [ cita requerida ]
Un intercambiador en Y completo (también conocido como intercambiador direccional en T) se utiliza normalmente cuando se requiere un intercambiador de tres vías para dos o tres autopistas que se intercambian en direcciones semiparalelas/perpendiculares, pero también se puede utilizar en casos de ángulos rectos. Sus rampas de conexión pueden partir del lado derecho o izquierdo de la autopista, según la dirección de viaje y el ángulo.
Los intercambiadores direccionales en T utilizan rampas de paso elevado o subterráneo tanto para los segmentos de conexión como para los de la línea principal, y requieren una cantidad moderada de tierra y costos moderados ya que normalmente solo se utilizan dos niveles de calzada. Su nombre deriva de su parecido con la letra T mayúscula, dependiendo del ángulo desde el que se ve el intercambiador y la alineación de las carreteras que se intercambian. A veces se lo conoce como "Y de Nueva Inglaterra", ya que este diseño se ve a menudo en el noreste de los Estados Unidos, particularmente en Connecticut. [42]
Este tipo de intercambiador presenta rampas direccionales (sin bucles, ni zigzagueo a la derecha para girar a la izquierda) y puede utilizar rampas de varios carriles en un espacio comparativamente pequeño. Algunos diseños tienen dos rampas y la vía de paso "interior" (del mismo lado que la autopista que termina) que se cruzan entre sí en un puente de tres niveles. El intercambiador direccional en T se prefiere a un intercambiador en trompeta porque una trompeta requiere una rampa en bucle mediante la cual se pueden reducir las velocidades, pero las rampas elevadas pueden soportar velocidades mucho más rápidas. La desventaja del intercambiador direccional en T es que el tráfico de la vía de terminación entra y sale por el carril de adelantamiento, por lo que se prefiere el intercambiador en T semidireccional (ver a continuación).
El intercambio de las autopistas 416 y 417 en Ontario, construido a principios de la década de 1990, es uno de los pocos intercambios direccionales en T, ya que la mayoría de los departamentos de transporte habían cambiado al diseño en T semidireccional.
Al igual que en el caso de un intercambiador en T direccional, un intercambiador en T semidireccional utiliza rampas de paso elevado (paso superior) o de paso inferior en todas las direcciones en un intercambiador de tres vías. Sin embargo, en un intercambiador en T semidireccional, algunas de las divisiones y las incorporaciones se cambian para evitar las rampas hacia y desde el carril de adelantamiento , lo que elimina la principal desventaja del intercambiador en T direccional. Los intercambiadores en T semidireccionales son generalmente seguros y eficientes, aunque requieren más terreno y son más costosos que los intercambiadores en forma de trompeta.
Los intercambiadores en T semidireccionales se construyen como uniones de dos o tres niveles, y los intercambiadores de tres niveles se usan típicamente en áreas urbanas o suburbanas donde el terreno es más caro. En un intercambiador en T semidireccional de tres niveles, las dos rampas semidireccionales de la autopista final cruzan la autopista restante en o cerca de un solo punto, lo que requiere un paso elevado y un paso inferior. En un intercambiador en T semidireccional de dos niveles, las dos rampas semidireccionales de la autopista final se cruzan entre sí en un punto diferente al de la autopista restante, lo que requiere rampas más largas y, a menudo, una rampa con dos pasos elevados. La autopista 412 tiene un intercambiador en T semidireccional de tres niveles en la autopista 407 y un intercambiador en T semidireccional de dos niveles en la autopista 401 .
Los intercambiadores de servicio se utilizan entre una ruta de acceso controlado y un cruce de caminos que no tiene acceso controlado. Se puede utilizar un trébol completo como sistema o intercambiador de servicio. [23]
Un intercambiador en forma de diamante es un intercambiador que consta de cuatro rampas que entran y salen de la autopista en un ángulo pequeño y se encuentran con la autopista secundaria en ángulos casi rectos. Estas rampas en la autopista secundaria se pueden controlar mediante señales de pare , semáforos o rampas de giro.
Los intercambiadores en forma de diamante son mucho más económicos en cuanto al uso de materiales y terrenos que otros diseños de intercambiadores, ya que normalmente no requieren la construcción de más de un puente. Sin embargo, su capacidad es menor que la de otros intercambiadores y cuando el volumen de tráfico es alto pueden congestionarse fácilmente.
Un intercambiador de doble rotonda en forma de diamante, también conocido como intercambiador de mancuernas o intercambiador de hueso de perro, es similar al intercambiador de diamante, pero utiliza un par de rotondas en lugar de intersecciones para unir las rampas de la autopista con el cruce. Esto generalmente aumenta la eficiencia del intercambiador en comparación con un diamante, pero solo es ideal en condiciones de poco tráfico. En la variante de hueso de perro, las rotondas no forman un círculo completo, sino que tienen forma de lágrima, con las puntas orientadas hacia el centro del intercambiador. A menudo se requieren rampas más largas debido a los requisitos de línea de visión en las rotondas. [43]
Un intercambiador de trébol parcial (a menudo abreviado como parclo ) es un intercambiador con rampas en forma de bucle en uno a tres cuadrantes y rampas de intercambiador en forma de diamante en cualquier número de cuadrantes. Las diversas configuraciones son generalmente una modificación más segura del diseño de trébol, debido a una reducción parcial o completa del zigzag, pero pueden requerir semáforos en los cruces menos transitados. Dependiendo del número de rampas utilizadas, ocupan una cantidad de terreno moderada a grande y tienen una capacidad y eficiencia variables. [44]
Las configuraciones de Parclo reciben nombres basados en la ubicación y el número de cuadrantes con rampas. La letra A indica que, para el tráfico en la autopista de acceso controlado , las rampas de bucle están ubicadas antes de (o acercándose a ) el cruce, y por lo tanto proporcionan una rampa de entrada a la autopista. La letra B indica que las rampas de bucle están más allá del cruce, y por lo tanto proporcionan una rampa de salida de la autopista. Estas letras se pueden usar juntas cuando las direcciones opuestas de viaje en la autopista de acceso controlado no son simétricas, por lo tanto, un parclo AB presenta una rampa de bucle que se acerca al cruce en una dirección y más allá del cruce en la dirección opuesta, como en la imagen de ejemplo. [45]
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Un intercambio de rombos divergentes (DDI) o un intercambio de rombos de doble cruce (DCD) es similar a un intercambio de rombos tradicional, excepto que los carriles opuestos en el cruce se cruzan entre sí dos veces, una en cada lado de la carretera. Esto permite que todas las entradas y salidas de la carretera eviten cruzar la dirección opuesta de viaje y ahorra una fase de señal de semáforo cada una. [46]
Los primeros DDI se construyeron en las comunidades francesas de Versalles ( A13 en D182), Le Perreux-sur-Marne ( A4 en N486) y Seclin ( A1 en D549), en la década de 1970. [47] A pesar de que tales intercambiadores ya existían, la idea del DDI se "reinventó" alrededor del año 2000, inspirada en el intercambio de autopista a autopista entre la Interestatal 95 y la I-695 al norte de Baltimore . [48] El primer DDI en los Estados Unidos se inauguró el 7 de julio de 2009 en Springfield, Misuri , en el cruce de la Interestatal 44 y la Ruta 13 de Misuri . [49] [50]
Un intercambiador urbano de un solo punto (SPUI, por sus siglas en inglés) o intercambiador de un solo punto en forma de diamante (SPDI, por sus siglas en inglés) es una modificación de un intercambiador de un solo punto en forma de diamante en el que las cuatro rampas hacia y desde una autopista de acceso controlado convergen en un solo semáforo de tres fases en el medio de un paso elevado o subterráneo. Si bien el diseño compacto es más seguro, más eficiente y ofrece mayor capacidad (con tres fases de luz en lugar de cuatro en un diamante tradicional, y dos colas de giro a la izquierda en la carretera arterial en lugar de cuatro), la estructura de paso elevado o subterráneo significativamente más ancha los hace más costosos que la mayoría de los intercambiadores de servicio. [51] [52] Dado que los intercambiadores urbanos de un solo punto pueden existir en áreas rurales, como el intercambio de la Ruta 23 de EE. UU. con la M-59 en Michigan , el término intercambiador de un solo punto en forma de diamante se considera la redacción correcta. [53]
Los intercambiadores de un solo punto se construyeron por primera vez a principios de la década de 1970 a lo largo de la Ruta 19 de EE. UU. en el área de la Bahía de Tampa en Florida , incluido el intercambiador SR 694 en San Petersburgo y SR 60 en Clearwater . [54]
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