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• Juan Ortíz

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

Autores: Profesor Ricardo José Peña Lindarte Auxiliar docente: Mateo Felipe Apraez Portilla

DEPARTAMENTO DE CIVIL Y AGRÍCOLA

PAUTA PARA DISEÑO DE FASES Y SECUENCIA DE FASES EN EL PLANEAMIENTO DE INTERSECCIÓNES SEMAFORIZADAS 1. DISEÑO DE FASES El desarrollo de esta sección tiene como propósito explicar los procesos de cálculo requeridos para el diseño de fases en una intersección semaforizada en función de la demanda de tráfico. Para efectos prácticos se retomarán los conceptos técnicos expuestos en la pauta “Estimación de las matrices de conflictos y tiempos intermedios en la planeación de intersecciones semaforizadas” y el estudio de caso Av. Boyacá por Av. Calle 53. Inicialmente recordemos que fase conceptualmente es definida como la parte de un ciclo que se da a cualquier combinación de movimientos de tráfico que tiene derecho a pasar simultáneamente y que es necesario en el planeamiento de intersecciones semaforizadas identificar los parámetros técnicos relacionados con la infraestructura vial y regulación semafórica en el sitio de intersección (ver Figura 1).

3, 4, etc.), se procede a incluir todos los grupos señales que se pueden dar en simultaneo con el grupo de señal 1, sin dejar atrás una lógica operacional. Es decir, para el caso de planificación de intersecciones totalmente protegidas, ubicar la mayoría de los grupos de señales no conflictivos. Para la segunda fase, se recomienda comenzar por el siguiente grupo de carril en orden ascendente que no haya sido incluido en ninguna fase y a partir de esto se complementa con otros grupos de señales no conflictivos, hasta completar todas las fases necesarias en la intersección. Para facilitar la lógica de diseño se recomienda utilizar la matriz de conflictos, para que nuestro caso se detalla en la Figura 2.

1

Figura 1 Intersección estudio de caso Av. Boyacá por Av. Calle 53 En el caso de diseño de fases peatonales para optimizar tiempos perdidos en la intersección se debe optar por el diseño de grupos de señales desagregados utilizando los separadores o isletas disponibles en la infraestructura vial, previa verificación con cálculos técnicos que el área de acumulación satisfaga las condiciones operacionales y que los peatones no ocupen la calzada vehicular por saturación. Sobre el particular, la Secretaría Distrital de Movilidad ha adoptado como ancho de separador mínimo para desagregar grupos de señales peatonales ancho mínimo de 1.5 m Se recomienda iniciar el proceso de diseño del diagrama de fases con el grupo de señal 1, aunque no depende del orden de comienzo, pero evita dejar algún grupo de señal sin análisis. Entonces, al ubicar el grupo de señal 1 en la primera fase (que en caso de no existir se procedería con el grupo de señal 2,

Figura 2 Matriz de conflictos intersección Av. Boyacá por Av. Calle 53 Tomando como referencia la matriz de conflictos de la Figura 2, se interpreta, definiendo para la primera fase los grupos de señales vehiculares que se pueden dar en simultáneo con el grupo de señal 1 que son 1a, 2 y 2a. y la selección de grupos de señales peatonales serán aquellos que no estén en ningún en conflicto con los grupos de señales vehiculares ya seleccionados, que para el caso de estudio son los grupos de señales 23 y 24. Para el diseño de la segunda fase, se continua con la selección del grupo de señal vehicular siguiente, que para el caso del ejercicio es el grupo de señal 3, identificando los demás grupos de señales

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vehiculares que se puedan dar simultaneas, que para el ejercicio sería el grupo de señal 4 y para el caso de los grupos de señales peatonales estarían pendiente de asignar los grupos de señales 33 y 34, pero como se puede identificar están en conflicto con los grupos de señales 3 y 4, y por tanto técnicamente se requeriría una tercera fase donde se satisfaga el requerimiento de los grupos de señales peatonales 33 y 34, y el planificador a fin de gestionar las demandas de los diferentes usuarios incorpora a esta nueva fase grupos de señales vehiculares y/o peatonales no conflictivos que serían los grupos de señales 1a, 2a 23 y 24. El diseño de esta propuesta de plan de señales se detalla en la Figura 3. Fase 1 1

Fase 2

Fase 1 9-1 1

4

23

3 2a

24

23

33

2

4

2 9-2

1a

34

24

23

3 2a

34

Fase 3 1

23

1a 24

Fase 2

1a 24

Fase 3

1a

2

33 2a

2

Figura 5 Opción 3. Diseño diagrama de fases intersección Av. Boyacá por Av. Calle 53

2a

Figura 3 Opción 1. Diseño diagrama de fases intersección Av. Boyacá por Av. Calle 53 No obstante, operacionalmente el planificador de acuerdo con la política de priorización de los diferentes actores del sistema de movilidad, puede reducir el número de fases, desfavoreciendo algunas condiciones de seguridad vial y optando por mejorar las condiciones de movilidad vehicular, pasando del concepto de diseño de intersección totalmente protegida a un diseño parcialmente protegido como es el caso operacional actual de la Av. Boyacá por Av. Calle 53, donde el diseñador optó por permitir cruces a riego peatonal para los grupos de señal 33 y 34 permitiendo el conflicto con los grupos de señal vehicular 1 y 2, anulando así la necesidad de la tercera fase y definiendo finalmente el diseño de diagrama de fases detallado en la Figura 4. Fase 1 1

peatonales a través de la conformación de grupos de señales reguladas semafóricamente para los movimientos derechos conflictivos con los grupos de señales peatonales (ver Figura 5), situación que mejoraría la eficiencia operacional para los grupos de señales 1 y 2, ya que tendrían asignado más tiempo de verde. No obstante, es importante reconocer las condiciones geométricas de la intersección y el comportamiento de los conductores ante la operación de este tipo de propuestas.

Fase 2

1a

34*

24

23

33*

4

2.

GRUPOS CRÍTICOS

El grupo critico de cada fase critico es aquel que tenga un mayor volumen en relación con el flujo de saturación asignado a su respectivo carril. En otras palabras, es aquel que presente un mayor índice de saturación. Ya que esto nos quiere decir que es el que necesita mayor tiempo de verde en relación con los demás grupos de dicha fase. El índice de saturación se puede determinar aplicando el siguiente procedimiento. Demanda en vehículos equivalentes En el análisis de intersecciones semaforizadas es necesario reconocer que la composición del tránsito no es uniforme, para lo cual la demanda vehicular disponible en vehículos mixtos es necesario transformarla a vehículos livianos equivalentes. En Bogotá D.C., los factores de equivalencia adoptados para la representación de la tipología vehicular en la demanda de tráfico según la ecuación 1:

V ¿ =0.5 Motocicletas+ Livianos +2.0 Buses +2.5 Camiones 2a

3

2

Figura 4 Opción 2. Diseño diagrama de fases intersección Av. Boyacá por Av. Calle 53. Condiciones existentes Igualmente, el planificador podría preferir mantener el concepto de diseño totalmente protegido modificando el patrón de diseño, esta vez regulando los giros derechos de los grupos de señales que están generan conflicto con los grupos de señales

Demanda vehicular unitaria En el caso que no se cuente con información desagregada de la demanda vehicular para cada carril de la intersección, se calcula la demanda unitaria vehicular aplicando la ecuación 2:

V ¿∗carril=

V¿ ¿ de carriles

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Índice de saturación El índice de saturación se obtiene aplicando la ecuación 3 que relaciona cada una de las demandas vehiculares unitarias con el flujo de saturación, estimados con base en la aplicación de metodologías recomendadas, una mayor información puede ser consultada en la pauta “Flujos de saturación en intersecciones semaforizadas”.

I saturacion=

V ¿∗carril Flujo de saturacion ajustado

En cuanto a flujos de saturación por carril ajustado, la Secretaría Distrital de Movilidad en el análisis de intersecciones semaforizadas recomienda los siguientes valores: 

F saturacion=¿¿ 1750 veh. movimientos directos

equiv/carril

para



F saturacion=¿¿ 1500

equiv/carril

para

veh.

movimientos con giro Aplicando este procedimiento a nuestro caso de estudio se obtienen los siguientes resultados: Volumen Grupo 1 1a 2 2a 3 4

Ancho de No Carriles carril 2 2 2 2 2 2

7 7.6 7.6 7 7.9 8.3

Autos

Buses

Camiones

Motos

862 2005 461 1348 911 271

401 0 475 18 160 121

82 14 143 119 14 22

360 781 421 1886 221 74

Deman Demanda da total unitaria (V.Eq/h (V.Eq/h/c ) ) 1967 984 2417 1208 1836 918 2506 1253 1363 681 583 292

Flujo de saturación ajustado (V.Eq/h/c) 1750 1750 1750 1750 1750 1750

Índice de saturación (I) 0.56 0.69 0.52 0.72 0.39 0.17

Tabla 1 Estimación índices de saturación e índices de saturación crítico intersección Av. Boyacá por Av. Calle 53 Índice de saturación crítico El índice de saturación crítico se define para cada fase con base en el análisis de los resultados de cálculo encada grupo de señal, determinado por las siguientes condicionantes: (ii) selección por mayor intensidad de flujo de saturación y (ii) grupo de señales que no pertenezca a dos o más fases.

Grupo 1 1a 2 2a 3 4

Índice de Grupo de saturación señal crítico crítico (Ic)

1 2

0.72 0.39

Tabla 2 determinación de grupos críticos para cada fase

3. SECUENCIA DE FASES La secuencia de fases es el orden en el que se presentan las fases en un sistema semafórico en su operación. Para determinar la secuencia de fases óptima se deben plantear todas las secuencias de fases posibles y calcular la secuencia de fases con menores tiempos intermedios, proceso que es viable aplicar cuando la intersección se diseña a tres o más fases. En el caso de tener tres fases, se identifican 2 secuencias, así: Secuencia 1. Fase 1- Fase 2- Fase 3 Secuencia 2. Fase 3- Fase 2- Fase 1 Para nuestro caso de estudio existe solo una secuencia de fases (Fase 1 – Fase 2), para lo cual no es aplicable proceso de identificación de los tiempos intermedios. Sin embargo, el método para calcular los tiempos intermedios entre grupos críticos de la secuencia es el siguiente:

Para el caso de estudio, en la Tabla 1, se detalla el proceso de cálculo de los índices de saturación y la selección de los índices de saturación críticos. De la cual se determina el grupo de señal 2a crítico para la fase 1 y el grupo de señal 3 para la fase 2. Ya que presentan índices de saturación de 0.72 y 0.39, respectivamente.

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1 1a 2 2a 3 4 23 24 33 34

Fase 1 a Fase 2 Tiempos Intermedios Llega 1 1a 2 2a 3 4 23 24 33 4 - - - 6 4 - - - 4 - - 5 4 - - - - 4 - 4 5 - - 5 - - - 4 4 4 - - 4 4 8 7 4 - 4 - 8 8 7 4 5 - 4 - 4 - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - 4 - - 6 - 4 - - - 4 5 - - - - 4 - - -

En el caso de considerar tres fases como se indica en la figura 5 primero se debe ajustar la matriz de tiempos de conflictos y de tiempos intermedios, ya que se aumentarían dos grupos más de señales, que son 9(1) y el 9(2). Ambas matrices se indican a continuación:

34 6 9 4

Conflictos Llega 1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 1 - - - - - x 9(1) - - - - 1a - - - - x 2 - - - - x 9(2) - - - - x 2a - - - - x 3 x - x x x x 4 x x x x - x 23 - - - - - - x 24 - - - - - - 33 - - - - x - x 34 - x - - - - -

Despeja

Despeja

 Paso 1: para nuestro caso de estudio se obtuvo que los grupos críticos son 2a y 3, por lo tanto, el primer paso consiste en determinar el tiempo intermedio en el cual se pasa de la fase 1 a la fase entre estos dos grupos de señales. Es decir, determinar el tiempo en el cual despeja 2a y llega 3 como se indica a continuación:

4 x x x x x -

23 x -

x x

-

24 x -

33 x x x -

34 x x -

-

Figura 8 Matriz de tiempos intermedios con 9(1) y 9(2) Figura 6 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 1 y entra Fase 2

Despeja

1 1a 2 2a 3 4 23 24 33 34

Fase 2 Fase 1 Tiempos Intermedios Llega 1 1a 2 2a 3 4 23 24 33 4 - - - 6 4 - - - 4 - - 5 4 - - - - 4 - 4 5 - - 5 - - - 4 4 4 - - 4 4 8 7 4 - 4 - 8 8 7 4 5 - 4 - 4 - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - 4 - - 6 - 4 - - - 4 5 - - - - 4 - - -

Despeja

 Paso 2: selecciona el tiempo en el intermedio entre grupos críticos en el cual se pasa de la fase dos a la fase 1. Es decir, el tiempo intermedio en el cual despeja 3 y llega 2a.

34 6 9 4

Figura 7 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 2 y entra Fase 1  Paso 3: una vez cerrado el ciclo se suman todos los tiempos intermedios, determinando el total de tiempos intermedios, equivalente a 11 segundos.

t ∫ . secuencia 1=t F 1− F 2 +t F 2− F 1

Tiempos Intermedios Llega 1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 1 4 - - - - - 6 4 9(1) - - - - - 4 1a - - 4 - - - 5 4 2 - - - 4 - - 4 5 9(2) - - - - 4 2a - - - - - 4 4 4 3 4 - 4 8 - 7 4 4 8 8 7 4 - 5 - 4 23 - - - - - - 7 24 - - - - - - - 6 33 - - - - 6 - 4 34 - 5 - - - - - 4

23 4 4 -

24 4 4 -

33 5 8 4 -

34 6 9 4

Figura 9 Matriz de tiempos intermedios con 9(1) y 9(2) Una vez conocida la matriz de tiempos intermedios se determinan los grupos críticos, para lo cual se obtuvo los siguientes resultados de índice de saturación: Volumen Grupo

No Carriles

Ancho de carril

1 1a 2 2a 9(1) 9(2) 3 4

2 2 2 2 1 1 2 2

7 7.6 7.6 7 3.5 3.5 7.9 8.3

Autos

Buses

Camiones

Motos

830 2005 432

401 0

82 14

349 781

475

138

1348 32

408

18 0

119 0

1886 11

29

0

5

13

911 271

160 121

14 22

221 74

Deman Demanda Flujo de Índice de da total unitaria saturación saturación (V.Eq/h (V.Eq/h/c ajustado (I) ) ) (V.Eq/h/c) 2012 1006 1750 0.57 2431 1215 1750 0.69 1931 966 1750 0.55 2625 1312 1750 0.75 38 38 1500 0.03 48 48 1500 0.03 1377 688 1750 0.39 605 303 1750 0.17

t ∫ . secuencia 1=4 s+7 s

Figura 10 Índice de saturación para los grupos vehiculares (3 fases)

t ∫ . secuencia 1=11 s

Por lo tanto, los grupos seleccionados como grupos críticos son el 9(2), 3 y 2a, para las fases 1, 2 y 3,

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Despeja

respectivamente. Es importante aclarar que todos los movimientos vehiculares de la fase 3 continúan en la fase 1, lo que significa que la fase 3 hace parte de la fase 1 o viceversa. Sin embargo, no hace falta eliminar la fase 3, ya que como se indicará más adelante entre la fase 3 y la fase 1 no existen tiempo intermedios debido a que ningún grupo vehicular presenta conflictos. Pero, si se debe considerar esta observación en los cálculos de tiempos de verde, debido a que el tiempo de verde de la fase 1 es una fracción del tiempo de verde de la fase 3. Dicho esto, se procede a calcular el tiempo intermedio por cada secuencia aplicando los siguientes pasos. Secuencia 1. Fase 1- Fase 2- Fase 3 Paso 1: Selección del tiempo intermedio para el transcurso de la Fase 1 a la Fase 2. Para lo cual se identifican 4 segundos como el tiempo intermedio requerido para que despeje 9(2) y entre 3.

1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 34

1 4 4 8 -

Fase 1 a Fase 2 Tiempos Intermedios Llega 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 - - - - - 6 4 0 - - - - - 4 - 4 - - - 5 4 - - 4 - - 4 5 - - - 0 - 4 - - - - - 4 4 4 - 4 8 8 7 4 - 4 8 7 4 - 5 - 4 - - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - - - 6 - 4 - 5 - - - - - 4 -

24 4 4 -

33 5 8 4 -





34 6 9 4

Figura 11 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 1 y llega Fase 2

Paso 2: Selección del tiempo intermedio para el transcurso de la Fase 2 a la Fase 3. Para lo cual se identifican 7 segundos como el tiempo intermedio requerido para que despeje 3 y entre2a.

1 4 4 8 -

24 4 4 -

33 5 8 4 -

34 6 9 4

Figura 12 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 2 y llega Fase 3 Paso 3: Selección del tiempo intermedio para el transcurso de la Fase 3 a la Fase 2. Para lo cual se identifican 0 ya que el grupo 2a mantiene el movimiento y se da ingreso al grupo 9(2).

Despeja

Despeja



1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 34

Fase 2 Fase 3 Tiempos Intermedios Llega 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 - - - - - 6 4 0 - - - - - 4 - 4 - - - 5 4 - - 4 - - 4 5 - - - 0 - 4 - - - - - 4 4 4 - 4 8 8 7 4 - 4 8 7 4 - 5 - 4 - - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - - - 6 - 4 - 5 - - - - - 4 -

1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 34

1 9(1) 4 - 0 - - - - 4 8 8 - - - - 5

Fase 3 Fase 1 Tiempos Intermedios Llega 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 - - - - 6 4 - - - - - - - 4 - - 4 - - - 5 4 - - - 4 - - 4 5 - - - - 0 - 4 - - - 5 - - - 4 4 4 - - 4 8 8 7 4 - 4 - 8 7 4 - 5 - 4 - 4 - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - 4 - - 6 - 4 - - - 4 - - - - - 4 - - -

34 6 9 4

Figura 13 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 3 y llega Fase 1  Paso 4: una vez cerrado el ciclo se suman todos los tiempos intermedios, determinando el total de tiempos intermedios, equivalente a 21 segundos.

t ∫ . secuencia 1=t F 1− F 2 +t F 2− F 3 +t F 3− F 1 t ∫ . secuencia 1=4 s+7 s+ 0 s t ∫ . secuencia 1=11 s Secuencia 2. Fase 3- Fase 2- Fase 1 

Paso 1: Selección del tiempo intermedio para el transcurso de la Fase 3 a la Fase 2. Para lo cual se identifican 4 segundos como el tiempo

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1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 34

1 4 4 8 -

Fase 3 a Fase 2 Tiempos Intermedios Llega 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 - - - - - 6 4 0 - - - - - 4 - 4 - - - 5 4 - - 4 - - 4 5 - - - 0 - 4 - - - - - 4 4 4 - 4 8 8 7 4 - 4 8 7 4 - 5 - 4 - - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - - - 6 - 4 - 5 - - - - - 4 -

24 4 4 -

33 5 8 4 -

34 6 9 4

Figura 14 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 3 y llega Fase 2



Paso 2: Selección del tiempo intermedio para el

Despeja

transcurso de la Fase 2 a la Fase 1. Para lo cual se identifican 7 segundos como el tiempo intermedio requerido para que despeje 3 y entre2a.

1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 34

1 4 4 8 -

Fase 1 Fase 3 Tiempos Intermedios Llega 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 - - - - - 6 4 0 - - - - - 4 - 4 - - - 5 4 - - 4 - - 4 5 - - - 0 - 4 - - - - - 4 4 4 - 4 8 8 7 4 - 4 8 7 4 - 5 - 4 - - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - - - 6 - 4 - 5 - - - - - 4 -



Paso 3: Selección del tiempo intermedio para el transcurso de la Fase 2 a la Fase 1. Para lo cual se identifican 0 ya que no existe ningún conflicto entre las dos fases

Despeja

Despeja

intermedio requerido para que despeje 2a y entre 3.

1 9(1) 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 34

1 9(1) 4 - 0 - - - - 4 8 8 - - - - 5

Fase 2 Fase 1 Tiempos Intermedios Llega 1a 2 9(2) 2a 3 4 23 24 33 - - - - 6 4 - - - - - - - 4 - - 4 - - - 5 4 - - - 4 - - 4 5 - - - - 0 - 4 - - - 5 - - - 4 4 4 - - 4 8 8 7 4 - 4 - 8 7 4 - 5 - 4 - 4 - - - - 7 - 4 - - - - - - 6 - 4 - - 6 - 4 - - - 4 - - - - - 4 - - -

34 6 9 4

Figura 16 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 1 y llega Fase 3  Paso 4: una vez cerrado el ciclo se suman todos los tiempos intermedios, determinando el total de tiempos intermedios, equivalente a 21 segundos.

t ∫ . secuencia 1=t F 3− F 2 +t F 2− F 1 +t F 1− F 3 t ∫ . secuencia 1=4 s+ 8 s+ 0 s

24 4 4 -

33 5 8 4 -

34 6 9 4

t ∫ . secuencia 1=12 s Para este caso se obtuvo que la secuencia 2 pierde un segundo más que la secuencia 1. Por lo tanto, la secuencia más óptima en términos de tiempos intermedios es la secuencia 1. Sin embargo, la secuencia 2 presenta una mejor continuidad operacional de las fases, por lo que al ser muy baja la diferencia se recomienda optar por la secuencia 2.

Figura 14 Selección de tiempos intermedios despeja Fase 2 y llega Fase 1

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