Iluminación viaria y urbana

Características

El objetivo principal de la iluminación viaria y urbana es permitir una visión segura y cómoda a los conductores y peatones, durante las horas en las que la luz natural, no es suficiente.

En función del objetivo que persiguen, existen dos tipos de alumbrado:

Instalaciones de alumbrado funcional
Se define como alumbrado funcional las instalaciones de iluminación de carreteras, autopistas, autovías y vías urbanas.

Sus objetivos son:
Imagen 1 - Alumbrado Funcional (Fuente: PHILIPS)

Instalaciones de alumbrado ambiental
Se define como alumbrado ambiental las instalaciones de alumbrado sobre soportes de baja altura, entre 3 y 5 metros, en zonas urbanas para la iluminación de vías peatonales, comerciales, aceras, parques y jardines y vías de velocidad limitada.

Estas instalaciones requieren unas condiciones visuales distintas por la velocidad de movimiento de las personas y la importancia de los objetos u obstáculos que están cerca, en lugar de los que están más alejados.

La iluminación ambiental comparte los mismos objetivos que la iluminación funcional pero también debe:

Tipologías

Para desarrollar los proyectos de alumbrado de exteriores, es necesario establecer como dato de partida la clasificación de la vía, que servirá para definir parámetros más importantes, como por ejemplo los requisitos lumínicos.

Las distintas tipologías de zonas a iluminar, tanto para alumbrado vial como ambiental, están definidas en la norma UNE EN-13201-2-3-4 Iluminación de carreteras.

Los factores más importantes a tener en cuenta para la clasificación de las vías son los siguientes:

Velocidad del tráfico rodado
Densidad de tráfico de vehículos
Densidad de tráfico peatonal
Densidad de tráfico de bicicletas

Clasificación de las vías

En primer lugar se clasifican las zonas por la velocidad del tráfico rodado.

Clasificacion de las vias en funcion de la velocidad

Tabla 1 - Clasificacion de las vías en función del tráfico rodado (Fuente: R.D. 1890/2008)

Situaciones de proyecto

En segundo lugar, en función de las características de la de vía, se establecen subgrupos dentro de la clasificación anterior, que da lugar a las distintas situaciones de proyecto.

Situaciones de proyecto para vías tipo A

Las situaciones de proyecto de tipo A incluyen las carreteras para tráfico rodado de velocidad rápida. Las condiciones visuales están orientadas al conductor del vehículo, motocicleta, etc. Los conductores deben poder reconocer el camino, las entradas o salidas a otras vías, señales de tráfico, otros vehículos que circulen y los obstáculos o peligros que existan tanto en la vía por la que circula como en los laterales de la calzada.

Tabla 2 - Situaciones De Proyecto A (Fuente: R.D. 1890/2008)

Imagen 1 - Situaciones De Proyecto A (Fuente: LICTH)

Situaciones de proyecto para vías tipo B

Las situaciones de proyecto tipo B incluyen las carreteras en zonas urbanas sin un límite de velocidad especial. La diferencia que existe entre los dos tipos está en si la vía es compartida con un carril bici o no. Para determinar los requerimientos de iluminación será necesario tener en cuenta factores relacionados con el tráfico como: las intersecciones, densidad de tráfico, vehículos aparcados en la acera, etc.

Tabla 3 - Situaciones De Proyecto B (Fuente: R.D. 1890/2008)

Imagen 2 - Situaciones De Proyecto B (Fuente: LICTH)

Situaciones de proyecto para vías tipo C y D

Las situaciones de proyecto tipo C incluyen los carriles bici situados al lado de zonas peatonales. La iluminación debe permitir a ambos usuarios reconocerse para evitar atropellos. Además debe ser visible el estado del camino para evitar cualquier obstáculo que pueda aparecer.

Las situaciones de proyecto de tipo D incluyen todo tipo de aparcamientos y zonas peatonales o carreteras con una velocidad máxima de 30 km/h. El principal objetivo de la iluminación de estas vías es proteger al peatón de los conductores y de la violencia.

Tabla 4 - Situaciones De Proyecto C y D (Fuente: R.D. 1890/2008)

Imagen 3 - Situaciones De Proyecto C (Fuente: LICTH)

Imagen 4 - Situaciones De Proyecto D (Fuente: LICTH)

Situaciones de proyecto para vías tipo E

Las situaciones de proyecto tipo E son las vías exclusivas o con acceso prioritario para los peatones. El principal objetivo es proteger al peatón de los conductores y de la violencia.

Tabla5 - Situaciones De Proyecto E (Fuente: R.D. 1890/2008)

Criterios de Diseño

Este apartado se ha centrado en la descripción de los requisitos lumínicos, pero tal y como se comentó en el capítulo Diseño y Proyecto, existen muchos otros factores que se deben considerar por normativa para el diseño de la instalación, como por ejemplo: límites de la luz intrusa, mantenimiento, requisitos económicos, etc.

Para consultar todos los requisitos de diseño hacer click aquí.

Una vez establecida la situación de proyecto, la norma UNE-EN 13201, establece los requerimientos de las magnitudes luminosas para cada clase de alumbrado. Las tablas mostradas a continuación, se pueden encontrar en la norma UNE-EN 13201 y el R.D. 1890/2008.

La elección de clase de alumbrado se realiza en función de:

Utilización de la vía: cantidad de tráfico de vehículos, personas, ciclistas, etc.
Dificultad de la tarea de conducción
Tipo de cruce
Nivel de luminosidad del entorno
Separación de calzadas
Seguridad para las personas

Por ejemplo, para una situación de proyecto A1, si la instensidad del tráfico es media, entre 15.000 y 25.000 vehículos, la clase de alumbrado corresponde a ME2.

Tabla 1 - Ejemplo clase de alumbrado (Fuente: R.D. 1890/2008)

Según la norma UNE-EN 13201-2-3-4, cada clase de alumbrado ha de cumplir con los requisitos fotométricos aplicables a la vía de estudio en particular.

Tabla 2 - Ejemplo requisito lumínicos (Fuente: R.D. 1890/2008)

La C.I.E clasifica las vías de tránsito peatonal y recomienda valores para la iluminancia horizontal según se muestra en siguiente Tabla.

Descripción de la vía	Clase de Iluminación	Nivel Iluminancia media E_m[lux]	Nivel mínimo iluminancia E_min [lux]
Calles de gran importancia y prestigio urbano	P1	20	7,5
Calles de uso elevado por peatones y ciclistas	P2	10	3
Calles de uso moderado por peatones y ciclistas	P3	7,5	1,5
Calles de uso bajo, únicamente asociada a las propiedades adyacentes	P4	5	1
Calles de uso bajo, únicamente asociada a las propiedades adyacentes. Importante preservar el carácter arquitectónico del ambiente	P5	3	0,6
Calles de uso escaso, únicamente asociada a las propiedades adyacentes. Importante preservar el carácter arquitectónico del ambiente	P6	1,5	0,2
Calles donde solo se requiere guiado visual	P7	-	-

Tabla 3 - Clasificación CIE para iluminancia horizontal

Nivel de luminancia

El nivel de luminancia de la carretera influye en la capacidad visual del conductor a la hora de identificar los objetos por el contraste entre obstáculo y fondo.

La influencia se observa en la Imagen 3 donde se muestra la relación del poder revelador (RP) con el nivel de luminancia. El poder revelador se define como el porcentaje de objetos situados en un camino iluminado que son detectables por una serie de observadores. Cuando aumenta el nivel de luminancia aumenta el porcentaje de poder revelador.

Imagen 1 - Curva de Poder Revelador (Fuente: IDAE)

El brillo de los alrededores también afecta al nivel de luminancia. Si los alrededores tienen más brillo que el camino, se reduce la sensibilidad al contraste, por lo que se debe aumentar la luminancia del camino. En cambio, cuando los alrededores son más oscuros que el camino, el ojo se adapta al nivel de la superfice y se reduce la capacidad de ver los objetos de las zonas más oscuras. En este último caso la solución es aumentar laluminancia de los alrededores.

Uniformidad de luminancia

Para conseguir una iluminación óptima, la uniformidad debe debe mantener en todo momento igual para que las condiciones visuales del conductor o peatón sean las mismas desde cualquier punto de observación.

Desde el punto de vista de las capacidades visuales, el factor de uniformidad general. no puede ser inferior 0,4. Como se observa en la Imagen 3 cuando disminuye la uniformidad general hasta 0.2, con el mismo valor de deslumbramiento TI=7%, para tener el mismo poder revelador hay que aumentar el nivel de luminancia de 0,6 cd/m² hasta 1,5 cd/m² aproximadamente.
Pero no es suficiente con tener un U_o bueno, el valor de la uniformidad longitudinal que hace referencia al confort visual también se debe tener en consideración.

En la Imagen 2 se observa que la uniformidad de la calzada no es la misma en ambas fotografías. La imagen de la derecha muestra una uniformidad constante, mientras que la de la izquierda no.

Imagen 2 - Uniformidad (Fuente: LICHT)

Deslumbramiento

Los criterios de deslumbramiento que se aplican en la iluminación viaria y urbana son el del deslumbramiento perturbador y eldeslumbramiento molesto.

El deslumbramiento perturbador, como se ha comentado, produce una pérdida de visión que no es necesariamente molesta y está producido por las fuentes de luz situadas en el campo de visión del usuario de la vía. Al incidir directamente la luz sobre la retina, aparece el velo luminoso provocando una disminución de la capacidad visual de contraste.

La medida de la pérdida de visión producida por este deslumbramiento se realiza mediante el cálculo de el incremento de umbral de contraste .

El deslumbramiento molesto también lo producen las fuentes situadas en el campo de visión, pero solo crean una sensación desagradable. La medida de este deslumbramiento se mide mediante el índice de deslumbramiento (GR).

Nota

Según el R.D. 1890/2008, el deslumbramiento está establecido para las instalaciones de alumbrado de carreteras en la siguiente tabla:

Tabla 4 - Deslumbramiento para instalaciones de alumbrado de carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)

El deslumbramiento molesto en las instalaciones de alumbrado ambiental está clasificado por el índice de deslumbramiento D.

Tabla 5 - Deslumbramiento para instalaciones de alumbrado ambiental (Fuente: R.D. 1890/2008)

El índice D se calcula como:

Donde:
El índice de deslumbramiento D para instalaciones de alumbrado peatonal se establece en función de la altura de montaje, en metros, de las luminarias como indica la Tabla 4

Tabla 6 - Clases D de índice de deslumbramiento (Fuente: R.D. 1890/2008)

Relación entorno (SR)

También conocido como el factor de borde, es el mínimo entre la relación de la iluminancia media de la zona situada en el exterior de la calzada y la iluminancia media de la zona adyacente situada sobre la calzada, en ambos lados del borde de la misma.

El cálculo de la relación entorno asegura que el conductor sea capaz de distinguir los objetos situados a ambos lados de la calzada.

La relación entorno SR es la menor de las relaciones obtenidas, calculada como la relación entre la iluminancia media de la zona situada en el exterior de la calzada y la iluminancia media de la zona adyacente situada sobre la calzada.

El valor de A_SR de todas las zonas de cálculo es 5 metros. Si la anchura de la calzada es inferior a 10 metros, el valor de A_SR es la mitad de la anchura de la calzada.

La separación entre los puntos de luz es S.

Tabla 7 - Relación entorno (SR) (Fuente: COITIAB)

Guiado óptico y orientación visual

Un buen diseño del trazado del camino reduce accidentes y aumenta la seguridad de los usuarios. Cada camino en particular deberá diseñarse para que cualquier usuario reconozca el recorrido, aunque sea la primera vez que lo haga.
En el caso de alumbrado ambiental, este factor es importante porque permite al peatón anticiparse a agresiones o robos.

Cuando exista tráfico de vehículos por una zona peatonal, ésta se iluminará como una vía pública.

Limitación de la luz intrusa o molesta

Los efectos producidos por la luz intrusa deben minimizarse al máximo, para ello, cualquier instalación se diseñará de manera que cumpla con los valores máximos establecidos en la siguiente tabla:

Sistemas de iluminación

Luminarias

La selección de las luminarias es bastante compleja, pero gracias a la gran variedad de fabricantes y modelos, solamente hay que seleccionar la que más se adecue a los requisitos estudiados.

Los factores más imporantes a tener en cuenta para la elección de la luminarias son:

La distribución del flujo luminoso que se obtienen a partir de las curvas fotométricas proporcionadas por el fabricante.
Características propias de las luminarias: alcance, dispersión, control del deslumbramiento
La protección eléctrica; las luminarias de alumbrado público deben ser de clase I o clase II, según la norma UNE EN 60598.
La estanqueidad; garantiza la conservación de las características fotométricas. El grado de estanqueidad mínimo aconsejable lo define la norma UNE EN60598
La temperatura de la luminaria debe ser la adecuada para no perjudicar a la luminaria ni a los elementos que la componen
La resistencia al impacto de las luminarias de alumbrado público deben ser como mínimo de grado 3
La resistencia a la corrosión se definirá a partir de la zona donde se instale la luminaria
Facilidad de montaje y mantenimiento
Geometría de la instalación; altura de la luminaria y ancho de la vía
El diseño; también variará a gusto de las necesidades y condiciones

A continuación se muestran ejemplos de luminarias para los distintos tipos de vías:

Luminaria para alumbrado funcional vial; las exigencias de calidad y resistencia son máximas, pero no importa su diseño.

Imagen 1 - Luminaria Funcional Vial - Residium
Luminaria para alumbrado funcional estilo; las exigencias de calidad y resistencia son elevadas, pero se considera el aspecto de diseño y visual. Puede provocar pérdidas en características funcionales, pero prevalece la imagen de la luminaria y la integración con el entorno.

Imagen 2 - Luminaria Funcional Estilo - Modena
Luminaria ambiental urbana; las exigencias de imagen superan a las funcionales, pero tienen unos requerimientos lumínicos mínimos que se deben cumplir.

Imagen 3 - Luminaria Ambiental Urbana - CityZen
Luminaria ambiental época; luminarias para emplazamientos muy específicos, donde se precisa luminarias de este estilo, por ejemplo cascos antiguos de ciudades. Los requerimientos lumínicos no son muy altos.

Imagen 4 - Luminaria Ambiental Epoca - Montmartre
Luminaria parque o jardín; destinadas a espacios con poca edificación alrededor, parques, jardines, etc. Las exigencias de imagen superan a las funcionales, pero existen unos límites que no pueden disminuir.

Imagen 5 - Luminaria Ambiental Parque - Aether
Luminarias específicas; cada caso debe estudiarse por separado.

Imagen 6 - Luminaria Especifica - CityWing

Lámparas

En general, las lámparas más utilizadas para la iluminación viaria y urbana son las lámparas de vapor de sodio, halogenuros metálicos y LED.

Los factores a tener en cuenta a la hora de elegir una lámpara son:

Los tipos de lámparas utilizadas para las instalaciones de alumbrado funcional son:

Lámparas de halogenuros metálicos
Por sus características compactas y con un haz de luz potente es la lámpara más utilizada para iluminación exterior.

Tabla 1 - Características de la lámpara de halogenuros metálicos
Lámparas de vapor de sodio alta presión
La eficiencia energética de estas lámparas es mucho más elevada que la de las de vapor de mercurio, su vida útil es larga, pero tienen peores cualidades cromáticas. El nivel de IRC es suficiente para cumplir con las exigencias de color, por lo tanto se utilizan más que las anteriores sobretodo por temas como el ahorro energético.

Tabla 2 - Características de la lámpara de vapor de sodio de alta presión

Lámparas de vapor de sodio a baja presión
Actualmente son las lámparas con mayor eficacia luminosa, tienen una vida útil elevada pero las cualidades cromáticas son pésimas. El color amarillo-anaranjado que emiten, limitan su uso a iluminación de carreteras, autopistas, áreas industriales, etc.

Tabla 3 - Características de la lámpara de vapor de sodio de baja presión

LED
Los LED ya sea por su constante cambio como por la amplía cantidad de tipologías y en consecuencia cualidades, hacen complicada la elección de este tipo de lámparas.
La eficiencia de estas fuentes de luz no supera la eficiencia de las lámparas de halogenuros metálicos ni las de vapor de sodio y la larga vida útil está condicionada al diseño de ventilación. Por lo tanto, habrá que esperar todavía un tiempo a que los LEDs sean las mejores lámparas para la mejor elección en alumbrado exterior.

Tabla 4 - Características de la lámpara LED

Las lampáras utilizadas para el alumbrado ambiental tendrán una temperatura de color entre los 1.800-3.300 K. Las principales lámparas utilizadas son las de vapor de mercurio, vapor de sodio y fluorescencia.

Lámparas fluorescentes
Este tipo de lámparas solo se fabrican en bajas potencias. Solo se utilizarán en espacios donde el nivel de iluminación sea bajo.

Tabla 5 - Características de la lámpara Fluorescente

Según el R.D. 1890/2008, las lámparas deben tener una eficacia luminosa superior a:

40 lm/W, para alumbrado de vigilancia y seguridad nocturna y de señales y anuncios luminosos
65 lm/W, para alumbrado vial, específico y ornamental.

Equipos auxiliares

Todas las lámparas utilizadas son lámparas de descarga o LEDs, por lo que necesitan un equipo auxiliar para su arranque y/o funcionamiento. Como por ejemplo, balasto o arrancador

Los equipos auxiliares que se utilicen deben tener en cuenta los siguientes factores:

Posibilidad de regulación
Elevado grado de estanqueidad para alargar la vida de la instalación
Uso de equipos electrónicos siempre que sea posible

Según el R.D. 1890/2008, para garantizar que los parámetros de diseño de las instalaciones se ajustan a los valores nominales previstos, los equipos auxiliares que se utilicen, deben cumplir con las especificaciones de funcionamiento de las normas:

UNE-EN 60921 Balastos para lámparas fluorescentes
UNE-EN 60923 Balastos para lámparas de descarga, excluidas las fluorescentes
UNE-EN 60921 Balastos electrónicos alimentados en c.a. para lámparas fluorescentes

Soportes

Los soportes tienen la función de mantener la luminaria en la posición necesaria, por ejemplo mediante: brazos, báculos, columnas, etc.

Los factores a tener en cuenta para la elección del soporte son:

Altura y saliente; factores que afectan a la distribución luminosa
Resistencia del material que lo compone
Diseño para resistir la acción del viento y solicitaciones mecánicas
Facilidad de instalación y mantenimiento
Es el conjunto visible de la instalación

Implantación

Implantaciones típicas

Las implantaciones típicas son las utilizadas en tramos rectos de carretera.

Los distintos modos de ubicación son:

Unilateral: los puntos de luz están situados en el mismo lado de la vía. Se utilizará cuanda la anchura (A) de la calzada sea igual o inferior a la altura de montaje de las luminarias (H)

Imagen 1 - Implantacion unilateral (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Bilateral Tresbolillo: los puntos de luz están situados a ambos lados de la vía a tresbolillo (zig-zag). Se utilizará cuando la anchura de la calzada (A) sea 1,5 veces la altura de montaje de las luminarias (H)

Imagen 2 - Implantacion tresbolillo (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Bilateral pareada: los puntos de luz están situados a ambos lados de la vía oponiendose el uno al otro. Se utilizará cuando la anchura de la calzada (A) sea mayor de 1,5 veces la altura de montaje de las luminarias.

Imagen 3 - Implantacion bilateral pareada (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Central o axial: los puntos de luz en las vías con mediana se pueden implantar de distintas formas.

Cuando la anchura de la mediana esté comprendida entre 1 y 3 m, los puntos de luz se situarán en la misma mediana en columnas o báculos de doble brazo.

Imagen 4 - Implantacion para valores 1 < b < 3 m (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Cuando la anchura de la media sea superior a los 3 metros, la ubicación de las luminarias se hará como si se tratara de dos vías independientes.

Imagen 5 - Implantacion bilateral pareada (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Imagen 6 - Implantacion para valores b > 3 m (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Catenaria: los puntos de luz se fijan axialmente los cables de la catenaria, que están sujetos entre dos soportes situados distancias entre los 50-100 metros el uno del otro.

Imagen 7 - Implantacion catenaria (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

La ubicación en alzado de los puntos de luz será la altura H obtenida de los cálculos luminotécnicos. Pero en algunos casos, la altura de montaje debe fijarse en función de otros parámetros, por ejemplo los árboles. Si los árboles son grandes, la altura aconsejable de las luminarias es de 8-10 metros. En cambio, cuando son pequeños, la altura de las luminarias estará alrededor de los 12-15 metros.

Trazados singulares

Las implantaciones típicas de los puntos de luz en cruces, curvas y glorietas son las que se muestran en las imagenes siguientes. Aunque la distribución idónea será la que cumpla con los niveles luminosos calculados.

Las implantación en una intersección en ángulo recto con las dos calzadas iluminadas; los puntos de luz se situarán mediante una combinación de las implantaciones recomendadas para tramos rectos. Por ejemplo, la implantacion sobre dos calzadas iluminadas a tresbolillo que se muestra en la Imagen 8

Imagen 8 - Implantacion dos calzadas iluminadas a tresbolillo (Fuente: Manual de iluminación INDAL)
Glorietas; la altura de montaje de los los puntos de luz será la misma que la de los puntos de luz de la vías que lleguen a la glorieta. Cuando la iluminación del centro de la glorieta no sea igual o mayor que 1,5 veces la iluminación media de la calzada principal, será necesaria iluminación suplementaria.
Si la parte central de la glorieta tiene un diámetro menor a 18 metros se debe instalar un punto de luz especial en columna o báculo en el centro. Si el diámetro es mayor de 18 metros o tiene árboles en el centro, se instalarán puntos de luz en las prolongaciones de los ejes de la vía de circulación.

Imagen 9 - Implantacion glorietas (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Curvas; un tramo curvo es aquel que tiene un radio de curvatura menor de 300 metros. Cuando el radio de curvatura sea superior, la vía se considera un tramo recto.
Cuando la anchura (A) de la vía es menor de 1,5 veces la altura de montaje de las luminarias (H), los puntos de luz se implantan en la parte exterior de la curva. Además debe situarse un punto de luz en la prolongación de los ejes de circulación de las vías en la curva.

Imagen 10 - Implantacion curva A ≤ 1,5H (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Cuando la anchura (A) de la vía sea mayor a 1,5 veces la altura de montaje de las luminarias (H), la implantación de los puntos de luz será bilateral pareada.

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martes, 12 de abril de 2016

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