Contrariamente a lo que se pueda pensar, detrás de los cálculos y recomendaciones sobre alumbrado de vías públicas existe un importante desarrollo teórico sobre diferentes temas (pavimentos, deslumbramiento, confort visual, etc.). Afortunadamente, hoy día estos cálculos están muy mecanizados y no es necesario tener profundos conocimientos en la materia para realizarlos. No obstante, es recomendable tener nociones de algunos de ellos para comprender mejor la mecánica de cálculo. Así tras estudiar algunos conceptos previos de iluminación, veremos soluciones prácticas de alumbrado viario y los niveles de iluminación recomendados.
Iluminancia
La iluminancia indica la cantidad de luz que llega a una superficie y se define como el flujo luminoso recibido por unidad de superficie:
Si la expresamos en función de la intensidad luminosa nos queda como:
donde I es la intensidad recibida por el punto P en ala dirección definida por el par de ángulos (C,γ) y h la altura del foco luminoso. Si el punto está iluminado por más de una lámpara, la iluminancia total recibida es entonces:
Luminancia
La luminancia, por contra, es una medida de la luz que llega a los ojos procedente de los objetos y es la responsable de excitar la retina provocando la visión. Esta luz proviene de la reflexión que sufre la iluminancia cuando incide sobre los cuerpos. Se puede definir, pues, como la porción de intensidad luminosa por unidad de superficie que es reflejada por la calzada en dirección al ojo.
L = q(β,γ) · EH
donde q es el coeficiente de luminancia en el punto P que depende básicamente del ángulo de incidencia γ y del ángulo entre el plano de incidencia y el de observación β. El efecto del ángulo de observación α es despreciable para la mayoría de conductores (automovilistas con campo visual entre 60 y 160 m por delante y una altura de 1,5 m sobre el suelo) y no se tiene en cuenta. Así pues, nos queda:
Por comodidad de cálculo, se define el termino:
Quedando finalmente:
Y si el punto está iluminado por más de una lámpara, resulta:
Los valores de r(β,γ) se encuentran tabulados o incorporados a programas de cálculo y dependen de las características de los pavimentos utilizados en la vía.
Criterios de calidad
Para determinar si una instalación es adecuada y cumple con todos los requisitos de seguridad y visibilidad necesarios se establecen una serie de parámetros que sirven como criterios de calidad. Son la luminancia media (Lm, LAV), los coeficientes de uniformidad (U0, UL), el deslumbramiento (TI y G) y el coeficiente de iluminación de los alrededores (SR).
Coeficientes de uniformidad
Como criterios de calidad y evaluación de la uniformidad de la iluminación en la vía se analizan el rendimiento visual en términos del coeficiente global de uniformidad U0 y la comodidad visual mediante el coeficiente longitudinal de uniformidad UL (medido a lo largo de la línea central).
U0 = Lmin / Lm
UL = Lmin / Lmax
Deslumbramiento
El deslumbramiento producido por las farolas o los reflejos en la calzada, es un problema considerable por sus posibles repercusiones. En sí mismo, no es más que una sensación molesta que dificulta la visión pudiendo, en casos extremos, llegar a provocar ceguera transitoria. Se hace necesario, por tanto, cuantificar este fenómeno y establecer unos criterios de calidad que eviten estas situaciones peligrosas para los usuarios.
Se llama deslumbramiento molesto a aquella sensación desagradable que sufrimos cuando la luz que llega a nuestros ojos es demasiado intensa. Este fenómeno se evalúa de acuerdo a una escala numérica, obtenida de estudios estadísticos, que va del deslumbramiento insoportable al inapreciable.
| G | Deslumbramiento | Evaluación del alumbrado |
|---|---|---|
| 1 | Insoportable | Malo |
| 3 | Molesto | Inadecuado |
| 5 | Admisible | Regular |
| 7 | Satisfactorio | Bueno |
| 9 | Inapreciable | Excelente |
Donde la fórmula de G se calcula a partir de características de la luminaria y la instalación.
Actualmente no se utiliza mucho porque se considera que siempre que no se excedan los límites del deslumbramiento perturbador, este está bajo control.
El deslumbramiento perturbador se produce por la aparición de un velo luminoso que provoca una visión borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa. No obstante, este fenómeno no lleva necesariamente asociado una sensación incómoda como el deslumbramiento molesto. Para evaluar la pérdida de visión se utiliza el criterio del incremento de umbral (TI) expresado en tanto por ciento:
donde Lv es la luminancia de velo equivalente y Lm es la luminancia media de la calzada.
Coeficiente de iluminación en los alrededores
El coeficiente de iluminación en los alrededores (Surround Ratio, SR) es una medida de la iluminación en las zonas limítrofes de la vía. De esta manera se asegura que los objetos, vehículos o peatones que se encuentren allí sean visibles para los conductores. SR se obtiene calculando la iluminacia media de una franja de 5 m de ancho a cada lado de la calzada.
Lámparas y luminarias
Las lámparas son los aparatos encargados de generar la luz. En la actualidad, en alumbrado público se utilizan las lámparas de descarga frente a las lámparas incandescentes por sus mejores prestaciones y mayor ahorro energético y económico. Concretamente, se emplean las lámparas de vapor de mercurio a alta presión y las de vapor de sodio a baja y alta presión.
Las luminarias, por contra, son aparatos destinados a alojar, soportar y proteger la lámpara y sus elementos auxiliares además de concentrar y dirigir el flujo luminoso de esta. Para ello, adoptan diversas formas aunque en alumbrado público predominan las de flujo asimétrico con las que se consigue una mayor superficie iluminada sobre la calzada. Las podemos encontrar montadas sobre postes, columnas o suspendidas sobre cables transversales a la calzada, en catenarias colgadas a lo largo de la vía o como proyectores en plazas y cruces.
Antiguamente las luminarias se clasificaban según las denominaciones cut-off, semi cut-off y non cut-off.
| Máximo valor permitido de la intensidad emitida para un ángulo de elevación | Dirección de la intensidad máxima | ||
|---|---|---|---|
| 80 º | 90 º | ||
| Cut-off | ≤ 30 cd /1000 lm | ≤ 10 cd /1000 lm | ≤ 65 º |
| Semi cut-off | ≤ 100 cd /1000 lm | ≤ 50 cd /1000 lm | ≤ 75 º |
| Non cut-off | > 100 cd /1000 lm | > 50 cd /1000 lm | ≤ 90º |
En la actualidad, las luminarias se clasifican según tres parámetros (alcance, dispersión y control) que dependen de sus características fotométricas. Los dos primeros nos informan sobre la distancia en que es capaz de iluminar la luminaria en las direcciones longitudinal y transversal respectivamente. Mientras, el control nos da una idea sobre el deslumbramiento que produce la luminaria a los usuarios.
El alcance es la distancia, determinada por el ángulo γMAX , en que la luminaria es capaz de iluminar la calzada en dirección longitudinal. Este ángulo se calcula como el valor medio entre los dos ángulos correspondientes al 90% de IMAX que corresponden al plano donde la luminaria presenta el máximo de la intensidad luminosa.
| Corto | γMAX < 60º |
|---|---|
| Intermedio | 60º ≤ γMAX ≤ 70º |
| Largo | γMAX > 70º |
Alcance longitudinal
La dispersión es la distancia, determinada por el ángulo γ90, en que es capaz de iluminar la luminaria en dirección transversal a la calzada. Se define como la recta tangente a la curva isocandela del 90% de IMAX proyectada sobre la calzada, que es paralela al eje de esta y se encuentra más alejada de la luminaria.
| Estrecha | γ90 < 45º |
|---|---|
| Media | 45º ≤ γ90 ≤ 55º |
| Ancha | γ90 > 55º |
Dispersión transversal
Tanto el alcance como la dispersión pueden calcularse gráficamente a partir del diagrama isocandela relativo en proyección azimutal.
Alcance y dispersión de una luminaria
Método gráfico para calcular el alcance y la dispersión
Por último, el control nos da una idea de la capacidad de la luminaria para limitar el deslumbramiento que produce.
| Limitado | SLI < 2 |
|---|---|
| Medio | 2 ≤ SLI ≤ 4 |
| Intenso | SLI > 4 |
Donde la fórmula del SLI (índice específico de la luminaria) se calcula a a partir de las características de esta.
Disposición de las luminarias en la vía
Para conseguir una buena iluminación, no basta con realizar los cálculos, debe proporcionarse información extra que oriente y advierta al conductor con suficiente antelación de las características y trazado de la vía. Así en curvas es recomendable situar las farolas en la exterior de la misma, en autopistas de varias calzadas ponerlas en la mediana o cambiar el color de las lámparas en las salidas.
En los tramos rectos de vías con una única calzada existen tres disposiciones básicas: unilateral, bilateral tresbolillo y bilateral pareada. También es posible suspender la luminaria de un cable transversal pero sólo se usa en calles muy estrechas.
Unilateral
Tresbolillo
Pareada
Suspendida
La distribución unilateral se recomienda si la anchura de la vía es menor que la altura de montaje de las luminarias. La bilateral tresbolillo si está comprendida entre 1 y 1.5 veces la altura de montaje y la bilateral pareada si es mayor de 1.5.
| Relación entre la anchura de la vía y la altura de montaje | |
|---|---|
| Unilateral | A/H < 1 |
| Tresbolillo | 1 ≤ A/H ≤ 1.5 |
| Pareada | A/H > 1.5 |
| Suspendida | Calles muy estrechas |
En el caso de tramos rectos de vías con dos o más calzadas separadas por una mediana se pueden colocar las luminarias sobre la mediana o considerar las dos calzadas de forma independiente. Si la mediana es estrecha se pueden colocar farolas de doble brazo que dan una buena orientación visual y tienen muchas ventajas constructivas y de instalación por su simplicidad. Si la mediana es muy ancha es preferible tratar las calzadas de forma separada. Pueden combinarse los brazos dobles con la disposición al tresbolillo o aplicar iluminación unilateral en cada una de ellas. En este último caso es recomendable poner las luminarias en el lado contrario a la mediana porque de esta forma incitamos al usuario a circular por el carril de la derecha.
Central con doble brazo
Combinación de brazos dobles y tresbolillo
Unilateral en calzadas diferenciadas
En tramos curvos las reglas a seguir son proporcionar una buena orientación visual y hacer menor la separación entre las luminarias cuanto menor sea el radio de la curva. Si la curvatura es grande (R>300 m) se considerará como un tramo recto. Si es pequeña y la anchura de la vía es menor de 1.5 veces la altura de las luminarias se adoptará una disposición unilateral por el lado exterior de la curva. En el caso contrario se recurrirá a una disposición bilateral pareada, nunca tresbolillo pues no informa sobre el trazado de la carretera.
Unilateral por el lado exterior
Disposición correcta de las luminarias en una curva
Bilateral pareada
| R > 300 m | Asimilar a un tramo recto | |
| R < 300 m | A/H < 1.5 | Unilateral exterior |
| A/H > 1.5 | Bilateral pareada | |
En cruces conviene que el nivel de iluminación sea superior al de las vías que confluyen en él para mejorar la visibilidad. Asimismo, es recomendable situar las farolas en el lado derecho de la calzada y después del cruce. Si tiene forma de T hay que poner una luminaria al final de la calle que termina. En la salidas de autopistas conviene colocar luces de distinto color al de la vía principal para destacarlas. En cruces y bifurcaciones complicados es mejor recurrir a iluminación con proyectores situados en postes altos, más de 20 m, pues desorienta menos al conductor y proporciona una iluminación agradable y uniforme.
Cruce de 4 calles
Cruce en T
Cruce de 2 vías
En las plazas y glorietas se instalarán luminarias en el borde exterior de estas para que iluminen los accesos y salidas. La altura de los postes y el nivel de iluminación será por lo menos igual al de la calle más importante que desemboque en ella. Además, se pondrán luces en las vías de acceso para que los vehículos vean a los peatones que crucen cuando abandonen la plaza. Si son pequeñas y el terraplén central no es muy grande ni tiene arbolado se puede iluminar con un poste alto multibrazo. En otros casos es mejor situar las luminarias en el borde del terraplén en las prolongaciones de las calles que desemboca en esta.
En los pasos de peatones las luminarias se colocarán antes de estos según el sentido de la marcha de tal manera que sea bien visible tanto por los peatones como por los conductores.
Vías con una calzada y
un único sentido de circulación
Vías con una calzada y
doble sentido de circulación
Por último, hay que considerar la presencia de árboles en la vía. Si estos son altos, de unos 8 a 10 metros, las luminarias se situarán a su misma altura. Pero si son pequeños las farolas usadas serán más altas que estos, de 12 a 15 m de altura. En ambos casos es recomendable una poda periódica de los árboles.
Árboles altos
Árboles bajos
Niveles de iluminación recomendados
Los niveles de iluminación recomendados dependen de las normativas en vigor en cada territorio, aunque muchas de ellas toman como referencia los valores aconsejados por la CIE. Según esta, las vías se dividen en cinco tipos de acuerdo con las características del tráfico, de la vía y de los alrededores.
| Tipo de vía | Entorno | Categoría | Luminancia media Lm (cd/m2) | Coeficientes de uniformidad | Control del deslumbramiento | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Global U0 | Longitudinal UL | Molesto G | Perturbador TI | ||||
| A | A | ≥ 2 | ≥ 0.4 | ≥ 0.7 | ≥ 6 | ≤10 % | |
| B | Claro | B1 | ≥ 2 | ≥ 5 | |||
| Oscuro | B2 | ≥ 1 | ≥ 6 | ||||
| C | Claro | C1 | ≥ 2 | ≥ 0.5 | ≥ 5 | ≤20 % | |
| Oscuro | C2 | ≥ 1 | ≥ 6 | ≤10 % | |||
| D | Claro | D | ≥ 2 | ≥ 4 | ≤20 % | ||
| E | Claro | E1 | ≥ 1 | ≥ 4 | |||
| Oscuro | E2 | ≥ 0.5 | ≥ 5 | ||||
Los valores indicados en la tabla son luminancias, no iluminancias, pues recordemos que son estas las responsables de provocar la sensación de visión.
A partir de 1995 la CIE ha establecido unas nuevas recomendaciones más acordes con las últimas investigaciones sobre el tema.
| Categoría | Luminancia media Lm (cd/m2) | Coeficientes de uniformidad | Control del deslumbramiento TI | Alrededores SR | |
|---|---|---|---|---|---|
| Global U0 | Perturbador TI | ||||
| M1 | ≥ 2.00 | ≥ 0.4 | ≥ 0.7 | ≤ 10 | ≥ 0.5 |
| M2 | ≥ 1.50 | ||||
| M3 | ≥ 1.00 | ≥ 0.5 | |||
| M4 | ≥ 0.75 | --- | ≤ 15 | --- | |
| M5 | ≥ 0.50 | ||||
Además de estas recomendaciones que se aplican en los tramos normales de las vías hay que considerar que en las zonas conflictivas (cruces, intersecciones, estrechamiento de la vía o del número de carriles, zonas con circulación de peatones o vehículos lentos que dificulten la circulación, rotondas, pasos a nivel, rampas, etc.) suele ser necesario un incremento de los requerimientos luminosos.
Si trabajamos con luminancias hay que aumentar en una unidad la categoría de la vía de valor de Mx más alta que converja en la zona. Cuando sea del tipo M1 a dicha zona también se aplicará este criterio.
En distancias cortas, menos de 60 m, no se pueden aplicar los métodos de cálculos de las luminancias y se utiliza el criterio de las iluminancias.
| Categoría | Nivel medio iluminancia Em (lux) | Coef global uniformidad U0 |
|---|---|---|
| C0 | ≥ 50 | ≥ 0.4 |
| C1 | ≥ 30 | |
| C2 | ≥ 20 | |
| C3 | ≥ 15 | |
| C4 | ≥ 10 | |
| C5 | ≥ 7.5 |
El número de la categoría de la zona de conflicto (Cx) no será menor que el de la la vía de mayor categoría (Mx) que confluya en la zona.
