Página 1 de 16

Tema: II Diseño de vías para una movilidad más segura.

Subtema: II.3 Diseño de infraestructuras más seguras

Título: Comparación económica de alternativas de mejoramiento de zonas laterales

Autores:

Ana Cecilia Cuevas Colunga

Instituto Mexicano del Transporte

Km 12 Carretera Querétaro - Galindo, Sanfandila Pedro Escobedo, C.P. 76703, Querétaro,

México

Teléfono 52 (442) 216 9777/216 9671

ccuevas@imt.mx

Emilio Francisco Mayoral Grajeda

Instituto Mexicano del Transporte

Km 12 Carretera Querétaro - Galindo, Sanfandila Pedro Escobedo, C.P. 76703, Querétaro,

México

Teléfono 52 (442) 216 9777/216 9671

emilio@imt.mx

Jorge León Paz

Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Puebla

Carretera Federal Puebla – Santa Ana Chiautempan N° 11403, Colonia Industrial San José

El Conde, Puebla C.P. 72019, Puebla, México

Teléfono 52 (222) 454 5006/430 1513

jleonp@sct.gob.mx

Página 2 de 16

COMPARACIÓN ECONÓMICA DE ALTERNATIVAS DE MEJORAMIENTO DE ZONAS

LATERALES

Ing. Ana Cecilia Cuevas Colunga e Ing. Emilio F. Mayoral Grajeda, Investigadores del

Instituto Mexicano del Transporte, Ing. Jorge León Paz, Jefe de la Unidad de Servicios

Técnicos, Centro SCT Puebla

Página 3 de 16

1. RESUMEN

Las estadísticas de accidentes acontecidos en la Red Carretera Federal de México señalan

la salida del camino como que el principal tipo de siniestro, agrupando en los últimos años el

34% de las víctimas mortales registradas en el lugar del evento y el 29% de los lesionados.

Por otra parte, la Norma Oficial Mexicana NOM-037-SCT2-2012 “Barreras de protección en

carreteras y vialidades urbanas” apuesta a una reducción en cuanto al número de víctimas,

y al igual que otras Normas representa un avance en la regulación de los dispositivos de

seguridad vial.

El artículo presenta una comparación de costos para cinco escenarios que plantean la

reducción de la pendiente del talud de terraplén contra la colocación de barreras de

protección. Inicialmente, se hizo el análisis para una relación de costos de metro lineal de

barrera de dos y tres crestas contra metro cúbico de terraplén, ya colocado en sitio.

Considerando esta relación de costos y diferentes pendientes del talud se obtuvieron las

alturas máximas de terraplén para las cuales es preferible tender el talud que colocar una

defensa metálica. El siguiente paso fue ubicar las coordenadas de altura y pendiente sobre

la gráfica “Instalación de barreras de orilla de corona en terraplenes” (Fig 2 de la citada

norma) resultando zonas en las cuales, según la norma, se requiere la instalación de barrera

pero en las que es más económico mejorar el talud del terraplén.

Finalmente, como los precios están sujetos a variaciones se realizó un análisis de

sensibilidad para los cinco escenarios y diferentes relaciones de costos, además se incluyen

las ecuaciones para determinar las alturas máximas bajo condiciones específicas de costo y

pendiente del talud de terraplén y que son aplicables tanto para carreteras existentes como

en proyecto.

Página 4 de 16

2. ANTECEDENTES

Uno de los objetivos de una barrera de protección es evitar que un vehículo, que de manera

incontrolada abandone la superficie de rodamiento y caiga por el borde de un terraplén o se

impacte contra un objeto fijo. Ahora bien, la NOM-037-SCT2-2012 “Barreras de protección

en carreteras y vialidades urbanas” [1] al igual que otras Normas representan un avance en

la regulación de los dispositivos de seguridad vial.

Revisando las estadísticas de accidentes en carreteras federales de 2007 a 2011, se

determinó que la “salida del camino” ha sido el principal tipo de siniestro registrándose en

esos cinco años casi 47 mil eventos, que dejaron un saldo de 50 mil víctimas (8,033

personas fallecidas en el lugar del siniestro y 42,033 lesionados). Ante estas cifras la

correcta aplicación de los lineamientos de la NOM-037 generaría beneficios incuantificables;

sin embargo, los recursos para la instalación de barreras de protección son limitados y se

deben considerar los costos de mantenimiento o reemplazo por los impactos que pudiese

sufrir el dispositivo.

En el caso específico de las salidas del camino existen medidas activas para evitar que los

vehículos abandonen la superficie de rodamiento tales como las bandas de estruendo y

como medidas pasivas están la instalación de barreras de protección y el mejoramiento de

las zonas laterales; la primera de ellas se aborda en la NOM-037, pero desafortunadamente

hoy en día se desconocen lineamientos en cuanto al diseño de las zonas laterales.

En este orden de ideas, resulta relevante buscar y analizar alternativas de solución a este

problema que permitan modificar los taludes de terraplén de la sección transversal, de tal

forma que la vialidad opere con mayor seguridad disminuyendo la severidad de los

accidentes. En nuestro país los criterios de decisión para la construcción de carreteras se

basan principalmente en los costos de construcción y desafortunadamente, en los costos de

operación no se incluyen los costos asociados a los accidentes, que involucran: pérdidas

humanas, lesionados y daños materiales.

2.1 DISEÑO DE ZONAS LATERALES

Es evidente que algunos elementos laterales a la vía contribuyen a aumentar la gravedad de

los accidentes, por ejemplo: durante 2010 en la carretera Matehuala-Saltillo se registraron

263 accidentes, de los cuales 117 fueron salidas del camino, una vez que los vehículos

abandonaron la superficie de rodamiento 79% sufrieron una volcadura con un saldo de 17

Página 5 de 16

personas muertas y 106 lesionadas (1.34 víctimas por accidente); 14% se impactaron contra

un objeto fijo con saldo de dos muertos y ocho lesionados (0.63 víctimas por accidente),

mientras que en el 7% restante no se reporta ningún evento secundario y sólo hubo un

lesionado (0.11 víctimas por accidente) [2]. De ahí que la recomendación sea contar con una

zona lateral despejada, que se define como un área adyacente a superficie de rodamiento,

libre de peligros laterales como vegetación con troncos mayores a 10 cm de diámetro,

elementos de drenaje y taludes de terraplén muy inclinados. El ancho de la zona lateral

despejada está definido por el diseño geométrico, la velocidad de operación y el volumen de

tránsito, por ejemplo una carretera con una velocidad de diseño de 110 km/h y un tránsito

superior a los 1,500 vehículos diarios requiere una zona lateral despejada de 9.0 m.

Respecto a los taludes de terraplén la Guía de Diseño de Zonas Laterales de la AASHTO [3]

señala que existen tres tipos: (i) taludes de 4:1 o más plano y se le denomina

“Recuperables” ya que el conductor de un vehículo que abandone la superficie de

rodamiento y cae en un talud de este tipo podría detener el vehículo o reducir la velocidad lo

suficiente para regresar a los carriles de circulación de una forma segura; (ii) “Transitable,

pero no recuperable” son taludes que están en el rango de 4:1 a 3:1 en este caso es

altamente probable que el vehículo llegue hasta la parte inferior del talud y los conductores

no podrán detener el vehículo ni regresar fácilmente a la superficie de rodamiento

especialmente, los vehículos de carga cuyo centro de gravedad es más alto, y (iii) “Crítico”

son taludes más pronunciados a 3:1 en estos casos los vehículos tienen una alta

probabilidad de volcadura (véase Fig. 1).

Figura 1. Clasificación de taludes de terraplén según la pendiente

De hecho la pendiente de 3:1 y la altura del talud representan valores frontera en la

decisión de colocar una barrera lateral (véase Fig. 2), adicionalmente la NOM-037 señala

Página 6 de 16

que la barrera es opcional en carreteras con velocidades de operación menores de 50

km/h y un tránsito diario promedio anual (TDPA) menor de 1,000 vehículos. Por otra parte,

bajo los criterios de diseño actuales en nuestra red carretera los taludes de terraplén están

conformados con una pendiente de 1.5:1; por lo tanto, si tomamos la recomendación

expuesta en la Fig. 2 en todos los tramos carreteros con taludes superiores a un metro de

una altura se deberían colocar barreras laterales.

Figura 2. Instalación de barreras de orilla de corona en terraplenes

Aunque en este artículo nos abocaremos al tema de mejoramiento de taludes se reitera

que, en el diseño de las zonas laterales se debe contemplar la remoción de objetos fijos y

el diseño de los elementos de drenaje, ya que las tres medidas son dependientes.

2.2 PROPUESTA DE MODIFICACIÓN A LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE

CONSTRUCCIÓN

Teniendo como premisa disminuir la severidad de las salidas del camino a través de las

adecuaciones pertinentes a la sección transversal, en este apartado se analizan los costos

para determinar hasta que altura de terraplén es preferible reducir la pendiente del talud que

colocar una barrera. Se consideró para la comparación económica que 1 m lineal de barrera

de dos y tres crestas equivalen a 10 y 13.33 m3 de terraplén, respectivamente y los costos

son por unidad de obra terminada.

Página 7 de 16

Caso de estudio 1

Características:

Calzada de 12 m de un carril por sentido y acotamientos de 2.5 m

Derecho de vía de 20 m a cada lado a partir del eje del camino

Requerimiento de 9 m para la zona lateral despejada

Para este caso se analizaron cinco escenarios y en cada uno de ellos se valoró allanar los

taludes contra la opción de mantenerlos y colocar barreras laterales de dos o tres crestas.

Es importante señalar que la Guía de Diseño de Zonas Laterales [3] permite que los

acotamientos se consideren parte de la zona lateral despejada.

Escenario 1: Contempla extender el talud de terraplén en toda la zona lateral hasta el límite

del derecho de vía con una inclinación de 4:1 (línea rosa de Fig. 3).

Escenario 2: Contempla tender un talud de terraplén 4:1 en los 6.5 m que hacen falta para la

zona lateral despejada de 9 m; y para terraplenes con altura superior a 1.625 m dado que el

pie del talud propuesto no llega al terreno natural se propone rellenar con un terraplén

complementario pero con una pendiente de talud mayor analizando tres variantes: 2A) talud

de 3:1, 2B) talud de 2:1 y 2C) talud de 1.5:1 (líneas verdes de Fig. 3).

Escenario 3: Contempla un talud compuesto, en el cual 4 m tienen una pendiente

recuperable de 4:1, y 2.5 m una pendiente crítica de 3:1; para estos casos en los cuales no

es posible mantener un talud recuperable en todo el ancho de la zona lateral requerida, se

recomienda un sobre ancho con una pendiente de 6:1 o más plano, el sobre ancho debe ser

igual al ancho del talud crítico, que en este caso es de 2.5 m (línea azul de Fig. 3).

Figura 3. Escenarios para el mejoramiento de taludes en calzada de 12 metros

Aunque en la Fig. 3 se observa que la pendiente del talud base es de 1:5:1 cabe aclarar que

en este análisis se desarrollaron las ecuaciones (ver tabla 1) para cada uno de los

Página 8 de 16

escenarios considerando que la pendiente del talud base y la relación de costos pueden

variar ya que están expresadas como variables dentro de las formulas.

Tabla 1. Ecuaciones para los 5 escenarios y carreteras con calzadas de 12 m

Escenario Ecuación

1

2A

2B

2C

3

Donde:

x= altura del terraplén en metros y= Relación entre el costo de metro lineal de barrera y costo m

3 de terraplén

a= valor inverso del porcentaje de pendiente multiplicado por 100 o el valor de a del talud (a:b)

Las ecuaciones permiten delimitar los valores en los cuales es preferible aplanar el talud que

colocar una defensa metálica; el siguiente paso fue trazar sobre la gráfica que acota el

requerimiento de barrera según la NOM-037 (véase Fig. 2), las zonas de frontera para los

escenarios analizados considerando diversos taludes base. Por ejemplo, para el escenario 1

que plantea un talud de 4:1 en todo el ancho disponible hasta el derecho de vía, se diseñó la

Fig. 4, en ella se observan dos zonas: la de color verde indica que es más rentable rellenar

el talud que colocar una barrera de dos crestas (1 metro lineal de barrera equivale a 10 m3

de terraplén), la de color azul define la zona de rentabilidad para la barrera de tres crestas (1

metro lineal de barrera equivale a 13.33 m3 de terraplén).

Para explicar el uso de esta figura supongamos que: tenemos una carretera con calzada de

12 m y un terraplén de 2.5 m de altura y talud de 1.5:1, según la NOM-037 requeriría una

barrera; pero si ubicamos las coordenadas (punto “A”) en la figura caemos dentro de la zona

verde; significa que, si la defensa requerida es de dos crestas es preferible desde el punto

de vista económico, aplanar el talud con una pendiente de 4:1 hasta el derecho de vía que

colocar la barrera. Si por las condiciones de operación se necesitará una barrera de tres

Página 9 de 16

crestas la altura del terraplén puede aumentar hasta 3.27 m (punto “B”) y seguiría siendo

mejor opción abatirlo.

Figura 4. Requerimiento de barrera para el escenario 1, en carreteras con calzada

de 12 m

Entendemos que extender el talud con una pendiente de 4:1 en todo el ancho disponible

hasta el derecho de vía es desde el punto de vista de la seguridad un escenario bastante

favorable aunque, queda limitado para alturas de terraplén superiores a 3.5 m (línea

punteada de la Fig. 4) de tal forma que todos los casos que caigan en las zonas

sombreadas (verde o azul) y a la derecha de esta línea deberán ser analizados de manera

particular, considerando que tan factible es permitir que el talud se extienda más allá del

derecho de vía.

Siguiendo con este ejemplo, si tuviésemos una carretera con talud de terraplén base de 2:1

el volumen para rellenar a 4:1 sería menor entonces, las alturas a las cuales los costos son

equiparables se incrementan a 3.17 m para dos crestas y 3.50 m para tres crestas,

aclarando que en realidad el costo equiparable para tres crestas se alcanza hasta los 3.66 m

de altura de terraplén pero lo limita el derecho de vía.

Página 10 de 16

Las figuras 5, 6, 7 y 8 muestran los valores límite de diferentes pendientes de talud base

para los escenarios 2A, 2B, 2C y 3, respectivamente; reiterando que estas zonas de frontera

obedecen a una relación entre el costo del metro lineal de barrera y el costo del m3 de

terraplén de 10 y 13.33 para dos y tres crestas, respectivamente.

Figura 5. Requerimiento de barrera

para el escenario 2A, en carreteras con

calzada de 12 m

Figura 6. Requerimiento de barrera

para el escenario 2B, en carreteras con

calzada de 12 m

Página 11 de 16

Figura 7. Requerimiento de barrera

para el escenario 2C, en carreteras con

calzada de 12 m

Figura 8. Requerimiento de barrera

para el escenario 3, en carreteras con

calzada de 12 m

Si ajustamos al ancho de la zona lateral al valor recomendado de 9 m (escenarios 2A, 2B,

2C y 3) observamos que los costos se equiparan para alturas de terraplén mayores

dependiendo de cada caso. Por ejemplo: considerando un talud base de 1.5:1 el escenario

2C, que desde el punto de vista de la seguridad sería el menos recomendable, si la barrera

requerida es triple onda resulta preferible mejorar los terraplenes cuya altura sean de hasta

4.1 m; el escenario 3 que muestra una combinación de taludes ofrece ventajas con respecto

al escenario 2A, sin embargo la zona que se debe dejar libre de obstáculos se incrementa

de 6.5 a 9 m.

Para un talud de terraplén base de 2.5:1 dado que el volumen necesario para rellenar es

menor fue posible equiparar los costos para alturas de terraplén mayores; sin embargo,

como se había comentado anteriormente, existe la restricción del derecho de vía, por

ejemplo: para el escenario 2A las barreras de dos y tres crestas se equiparan en costo para

alturas de taludes de 4.23 y 5.07 m respectivamente; pero el derecho de vía se alcanza a

una altura de terraplén de 4.12 m.

Página 12 de 16

Respecto a los resultados del talud base de 2.5:1 en los escenarios 2B, 2C y 3 para

cualquier altura de terraplén el costo de aplanarlo es menor en comparación con los costos

de los dos tipos de barreras, esto se debe a que el pie del talud propuesto llega al talud base

quedando el volumen fijo, sin embargo, reiteramos la limitación del derecho de vía.

Para finalizar con este caso de estudio, la Fig. 9 presenta un análisis de sensibilidad que

determina las alturas máximas de terraplén en cada uno de los escenarios planteados bajo

diferentes relaciones de costo de barrera y costo de m3 de terraplén y considerando que el

talud base es de 1.5:1; las líneas punteadas en los escenarios 1 y 2A representan las alturas

a las que se alcanza el derecho de vía.

Figura 9. Análisis de sensibilidad de relación de costos y altura de terraplén para

carreteras con calzada de 12 m.

Caso de estudio 2

Características:

Calzada de 7 m de un carril por sentido sin acotamientos

Derecho de vía de 20 m a cada lado a partir del eje del camino

Requerimiento de 9 m para la zona lateral despejada

Para este caso se analizaron los mismos escenarios con la variante de que al no existir

acotamiento se incrementa el ancho de la zona despejada de 6.5 a 9 m para las alternativas

2A, 2B y 2C; mientras que, en el escenario 3 el ancho de 4 m con una pendiente de 4:1 se

incrementa a 6.5 m (ver Fig. 10).

Al no existir acotamientos se incrementa el volumen necesario para aplanar el terraplén y

por lo tanto, las alturas a las cuales se compensan los costos se reducen.

Página 13 de 16

Cabe aclarar que, para las variantes del escenario 2 la altura a la cual se requiere un

terraplén complementario es de 2.25 m.

Figura 10. Escenarios para el mejoramiento de taludes en calzada de 7 metros

Para el análisis de este caso no se incluyen las gráficas de requerimiento de barrera con la

definición de las zonas frontera para cada uno de los escenarios, ya que las mostradas para

las carreteras con calzada de 12 m son ejemplos específicos para una relación de costo

definida. Por lo tanto, se recomienda al lector seleccionar el escenario y construir la gráfica

que refleje la relación de costo. Para ello en la tabla 2 se incluyen las ecuaciones para la

determinación de las zonas frontera en carreteras con calzada de 7 m; siendo importante

señalar que el límite del derecho de vía se alcanza en 4.125, 4.75, 6.0, 7.25 y 6.208 m para

las alternativas 1, 2A, 2B, 2C y 3, respectivamente.

Tabla 2. Ecuaciones para los 5 escenarios y carreteras con calzadas de 7 m

Escenario Ecuación

1

2A

2B

2C

3

Donde:

x= altura del terraplén en metros y= Relación entre el costo de metro lineal de barrera y costo m3 de terraplén a= valor inverso del porcentaje de pendiente multiplicado por 100 o el valor de a del talud (a:b)

Página 14 de 16

Respecto al análisis de sensibilidad que se muestra en la Fig. 11, se observa que para una

relación de costos inferior a 10 el escenario 3 ofrece ventajas en cuanto a se justifica el

aplanado para alturas de terraplén mayores.

Figura 11. Análisis de sensibilidad de relación de costos y altura de terraplén para

carreteras con calzada de 7 m.

Página 15 de 16

3. CONCLUSIONES

Ha quedado demostrada la necesidad impostergable de reducir los accidentes y su

severidad en las carreteras del país, por lo que nos avocamos en el presente trabajo a

demostrar las ventajas técnicas y económicas de las modificaciones a la sección

transversal.

Este análisis es aplicable tanto para carreteras existentes como en proyecto, y las

ecuaciones desarrolladas para calzadas de 12 m pueden ser empleadas para carreteras con

cuerpos separados, siempre y cuando el ancho del acotamiento sea de 2.5 m, para casos

distintos se recomienda al proyectista generar las ecuaciones que parten de un cálculo de

áreas.

Ahora bien, entendemos que el presente análisis no contempla los costos asociados al

mejoramiento de las obras de drenaje y sí se tratará de carreteras existentes la remoción de

obstáculos; pero, tampoco se incluyen los costos relacionados con el reemplazo de las

defensas metálicas una vez que hayan sido impactadas, ni el costo de las terminales de

impacto. Sin embargo en las ecuaciones la relación de costos queda representada por una

variable de tal forma que se puede analizar un tramo de carretera en particular e incluir

todos los costos antes descritos.

Finalmente, buscamos que este trabajo pueda auxiliar en la toma de decisiones, haciendo

evidente que es necesario valorar las alternativas y considerar el mejoramiento de las zonas

laterales como una opción viable no sólo desde el punto de vista de la seguridad sino

también en lo económico. Adicionalmente, incentivamos a las autoridades para que se

analice la posibilidad de modificar la normativa de la SCT en cuanto a los lineamientos de la

sección transversal.

Página 16 de 16

4. REFERENCIAS

1. NORMA Oficial Mexicana NOM-037-SCT2-2012, Barreras de protección en carreteras y

vialidades urbanas, DOF, Tomo DCCVIII, No. 10, viernes 14 de septiembre de 2012.

2. Anuario Estadístico de Accidentes en Carreteras Federales (2010). Instituto Mexicano del

Transporte, Ana Cecilia Cuevas Colunga, Noelia Villegas Villegas, Emilio Francisco

Mayoral Grajeda, Alberto Mendoza Díaz, Documento Técnico No. 51, Sanfandila, Qro.

2013.

3. Roadside Design Guide 2002. American Association of State Highway and Transportation

Officials.

4. Manual de proyecto geométrico de carreteras, Secretaría de Comunicaciones y

Transportes, cuarta reimpresión, 1991.

5. Protocolo para obtener el grado de Maestro en Administración de la Construcción en el

Instituto Tecnológico de la Construcción de la Cámara Mexicana de la Industria de

Construcción, Jorge León Paz. Puebla, México 2014