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• Christian Quijada Benito

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INTERSECCION SEMAFORIZADA

SEMÁFOROS Los semáforos son dispositivos que son usados específicamente para facilitar el control del tránsito de vehículos y peatones, mediante indicaciones visuales. Distribuye el tiempo de circulación y de la forma como lo haga afecta al funcionamiento de la intersección y la capacidad de la misma. Posee tres señales indicativas que son: verde, amarillo y rojo. El tiempo del ciclo varía entre 40 seg y 150 seg, teniendo como tiempo de amarilla entre 3 y 6 seg. Su finalidad principal es la de permitir el paso alternamente a las corrientes de transito que se cruzan, permitiendo el uso ordenado y seguro del espacio disponible

La capacidad de una intersección se define como el máximo número de vehículos que pueden atravesarla en un determinado intervalo de tiempo –generalmente una hora- en las condiciones geométricas, de tráfico y de regulación existentes. Su valor viene condicionado por el acceso que antes se congestiona. Ciclo: Tiempo necesario para que vuelvan a repetirse las mismas condiciones de regulación dentro de la intersección; dicho de otro modo, es el resultado de la suma de las diferentes fases, así como de los tiempos de despeje y transición o de ámbar- entre ellas. Generalmente suelen tomarse 5 ó 6 segundos de tiempo de despeje y transición, de los cuales 3 corresponden al ámbar del semáforo y 2 ó 3 a un intervalo de seguridad, donde todas las fases se hallan en rojo.

Intervalo Periodo de tiempo en donde todas las indicaciones del semáforo permanecen constantes Diagrama de fases de los semáforos de las avenidas San Luis y Las Artes

Variables fundamentales en intersecciones semaforizadas (TRB, 2000, p. 10-12)

Fase Tiempo durante el cual se puede realizar un determinado movimiento de tráfico durante uno o más intervalos, tiempo durante el cual una serie de semáforos de la intersección permanecen en verde. También se denomina verde, en cuanto que es el color la luz característica que permite el paso. Hoy en día los semáforos asignan el tiempo de diferentes maneras, desde la modalidad más simple que es la de tiempos fijos y de dos fases hasta la más compleja de regulación actuada y multifases.

TIPOS DE MOVIMIENTOS En una intersección regulada por semáforos la asignación del tiempo de verde no es lo único que influye de manera significativa en su capacidad; también debe tenerse en cuenta la disposición de los movimientos de giro dentro de la secuencia de fases. Pueden distinguirse cuatro tipos de movimientos: de paso, giro permitido, giro protegido y giro sin oposición. (a) De paso: El vehículo continúa en la dirección que llevaba antes de atravesar la intersección. De todos los movimientos, es el de menor requerimiento por parte del sistema.

(b) Giro permitido: El vehículo que lo efectúa debe atravesar bien una corriente peatonal, bien un flujo vehicular en sentido opuesto. Por ejemplo, un movimiento de giro a la izquierda que se realice al mismo tiempo que el movimiento de tráfico en sentido opuesto se considera permitido. Asimismo, un movimiento de giro a la derecha simultaneo con un cruce de peatones también lo será. Este tipo de movimientos exigen un mayor consumo del tiempo de verde.

(c) Giro protegido: En este tipo de movimientos, el vehículo no presenta oposición vehicular o peatonal a la hora de realizar la maniobra. Sería el caso de giros a la izquierda realizados en una fase exclusiva para ellos –una flecha verde adicional en el semáforo- o de giros a la derecha con prohibición de cruce para los peatones durante esa fase.

(d) Giro sin oposición: A diferencia del caso anterior, esta clase de movimientos no necesita una regulación de fase exclusiva, ya que la configuración de la intersección hace imposible que se den conflictos o interferencias con el tráfico de paso. Se dan sobre todo en calles de sentido único o en intersecciones en T que operen con dos fases separadas para cada dirección

Flujo de saturación La saturación se define como la tasa máxima de flujo, en un acceso o grupo de carriles, que puede pasar a través de la intersección bajo condiciones prevalecientes del tráfico y la carretera, suponiendo que dicho grupo de carriles este el 100 % del tiempo disponible como verde efectivo

Duración del ciclo Es el tiempo que tarda el semáforo en completar el ciclo, expresados en segundo. En ausencia de datos específicos del tiempo del ciclo de la intersección, la duración del ciclo para intersecciones semaforizadas a lo largo de calles urbanas se puede estimar usando los valores predeterminados de la siguiente tabla.

Tiempo de servicio de los peatones: el cual se precisa en la ecuación (1) y (2). Otro punto a identificar para el análisis de la intersección es la definición de los GC, en ambos manuales los carriles se siguen agrupando por ramales de trayectoria o movimientos, teniendo también las mismas consideraciones como GC los giros exclusivos a izquierda/derecha

Donde: GP = tiempo de cruce del peatón minimo (seg) L = largo del crucero peatonal (m) Sp = velocidad promedio del peaton (m/s)… tipico usado 1.2m/s WE = ancho efectivo del crucero peatonal (m) 3.2 = tiempo de inicio del peaton (seg) Nped = numero de peatones que cruzan durante el intervalo

Capacidad en las intersecciones semaforizadas La capacidad de una intersección regulada por semáforos, está dada por cada grupo de carriles y se define como la tasa máxima por hora en la que los vehículos pueden cruzar la intersección, de acuerdo con las condiciones prevalecientes del tráfico, de las vías y las condiciones de semaforización. La capacidad se da en vehículos por hora (veh/hr) para periodos de 15 min. La capacidad se calcula por separado para cada grupo de carriles, se entiende por grupo de carriles, a una o más carriles utilizados por los vehículos de forma compartida y esto nos lleva a tener una capacidad compartida para todos los vehículos. Hay condiciones que afectan a la capacidad de una intersección que son:  Las condiciones del tráfico  Las condiciones de carretera  Las condiciones del semaforización

nivel de servicio A Operación con demoras muy bajas, menores de 10 segundos por vehículos promedio. La mayoría de los vehículos llegan durante la fase verde y no se detienen del todo. Longitudes de ciclo corto pueden contribuir a demoras mínimas. nivel de servicio B Operación con demoras entre 10 y 20 segundos por vehículo promedio. Algunos vehículos comienzan a detenerse. nivel de servicio C Operación con demoras entre 20 y 35 segundos por vehículo promedio. La progresión del tráfico es regular y algunos ciclos empiezan a prolongarse.

nivel de servicio D Operación con demoras de 35 y 55 segundos por vehículo promedio. Las demoras pueden deberse a la mala progresión del tráfico o llegadas en la fase roja, longitudes de ciclo amplias o relaciones v/c altas. Muchos vehículos se detienen.

nivel de servicio E Demoras entre 55 y 80 segundos por vehículo promedio. Se considera como el límite aceptable de demoras. Las demoras son causadas por progresión pobres, ciclos muy largos y relaciones v/c muy altas. nivel de servicio F Demoras superiores a los 80 segundos por vehículo promedio. Los flujos de llegada exceden la capacidad de los accesos de la intersección, lo que ocasiona congestionamiento, operaciones saturadas y baja relación v/c.

Peatón Se explicara una visión básica de lo que son los peatones y sus principios de circulación o flujo. El alcance de movilidad del peatón se limita a aceras, paso de peatones y esquinas. Todo estudio de tráfico debe analizar la seguridad de los peatones, la forma de circulación y desplazamiento del mismo. Si un paso de peatones se encuentra saturado de personas esta representa una incomodad tanto para los peatones como para los vehículos ya que podrían producir demoras en los movimientos vehiculares y afectaría a la capacidad en la intersección semaforizada. El peatón también se ve afectado por el reducimiento de las aceras debido a los elementos mobiliarios. Los ciclos del semáforo también afectan a los peatones obligándolos a concentrarse en las esquinas de las aceras. El nivel de servicio también es aplicado en los peatones.

Los detalles de campo es la mejor fuente de información para conocer los flujos de los peatones. Si no hay datos locales la siguiente tabla puede ser usada. Tabla 3: Tabla 3: datos para flujos peatonales

Velocidad del peatón Es la velocidad de marcha media expresada en segundos. La velocidad de marcha de los peatones varía de 0.8 m/seg hasta 1.8 m/seg. El manual de Uniform Traffic Control Devices asume una velocidad de 1.2 m/seg para intersecciones con semáforo. Sobre las aceras y con un volumen libre la velocidad de los peatones es aproximadamente de 1.5 m/seg.

Volumen por unidad de anchura Es el flujo medio de peatones por unidad de ancho efectivo de la zona peatonal, expresada en peatones por minutos. Una capacidad de 75 p/min/m o 4500 p/hr/m es un valor razonable para una instalación peatonal cuando no hay datos locales viables.

Superficie peatonal Es el área que dispone cada peatón en una zona peatonal, evaluada en metros cuadrados por peatón; es inversa a la densidad peatonal. Para un solo peatón que no esté en movimiento se necesita un espacio mínimo de 0.5 m x 0.6 m que da un total de área de 0.3 m2 y para peatones en movimientos con velocidades que se ven frecuentemente restringidas el área tope es de 0.75 m2

Tabla 11: Datos necesarios para cada grupo de carriles

TIPOS DE INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS: Los semáforos con control de tiempo fijo (prefijados): son aquellos en los cuales la secuencia de fases es mostrada en orden repetitivo. Cada fase presenta intervalos fijos que mantienen la longitud del ciclo constante. Los semáforos con control totalmente actuado: son aquellos en los cuales la distribución de los tiempos en todos los accesos de la intersección es controlada por detectores vehiculares. Cada fase está sujeta a un tiempo de verde mínimo y es accionada en función de la demanda vehicular. La longitud del ciclo es variable de ciclo en ciclo. Los semáforos con control semi-actuado: son aquellos en los que algunos accesos (típicamente los de la vía secundaría) tienen detectores y otros accesos no (típicamente los de las vías principales).

COORDINACIÓN DE FLUJO: SEMÁFOROS. Para gestionar el flujo de tráfico en las intersecciones se suelen utilizan distintos métodos:  Regla implícita de prioridad de sentido de circulación del tráfico que circula por la derecha.

 Señalización de la prioridad de paso por medio de señales de tráfico no luminosas, por ejemplo, señales verticales (stop, ceda el paso, vía con preferencia,...)  Distribución del derecho de paso entre las distintas direcciones de una intersección por medio de señales luminosas.

FACTORES QUE CONDICIONAN LA CAPACIDAD Geometría de la calle El ancho de la calle mejor es el factor más significativo de cara a evaluar la capacidad de una intersección, depende de otros factores como las marcas viales o la presencia de isletas y otros obstáculos. El número de filas en que se dispone el tráfico, ya que con frecuencia sobre todo en las horas punta los vehículos se sitúan formando más filas que las definidas por las marcas viales. Otro factor que ejerce influencia en la capacidad es la inclinación de la rasante, ya que puede favorecer o dificultar el movimiento de los vehículos, especialmente de los pesados.

Composición del tráfico La proporción de vehículos pesados existente en la corriente de tráfico se hace patente en la capacidad individual de cada acceso y de la intersección en conjunto. Como ya sabemos, el vehículo pesado es más lento y voluminoso, y sus maniobras en el ámbito urbano están más restringidas, debido a su mayor radio de giro.

Por otro lado, los autobuses influyen doblemente ya que, aparte de poder considerarlos como vehículos pesados, su frecuencia de parada en los puntos destinados a la subida y bajada de viajeros paradas de autobús modifica la capacidad del acceso donde existan este tipo de zonas. Estacionamiento La existencia de vehículos parados, detenidos o estacionados en las proximidades de la intersección es un factor que afecta doblemente a la capacidad de la intersección: disminuye la anchura eficaz del acceso y retarda la circulación de vehículos, en el caso de existir vehículos realizando maniobras de estacionamiento, si se destina una zona de la vía a este fin, pueden obtenerse mejoras notorias de la capacidad.

Maniobras de giro Ante la presencia de una intersección semaforizada, y dependiendo de la tipología y la regulación de ésta, el conductor del vehículo tiene una serie de posibles trayectorias: continuar en la dirección que lleva, girar a la derecha o girar a la izquierda. En el caso de los giros a la derecha, la presencia de peatones con prioridad de paso reduce aún más su capacidad.

Datos de entrada necesitados para cada grupo de carril analizado.

Elección de los grupos de carriles Para estudiar y resolver correctamente una intersección, es necesario introducir el concepto de grupo de carriles, que surge debido al carácter desagregado del procedimiento de análisis, concebido para analizar cada acceso de forma individual. Por tanto, es necesario agrupar los carriles que contiene cada acceso en grupos homogéneos apropiados para su análisis. (a) Exclusivos: Los vehículos que circulan por este tipo de carriles únicamente puede efectuarse un movimiento, normalmente de giro a la derecha o a la izquierda. (b) Compartidos: En ellos, los vehículos disponen de varios movimientos posibles.

Agrupación de los carriles y velocidad del flujo de demanda:

Determinación de la tasa de flujo: Representa el volumen horario sobre el factor de hora pico (FHP) de la ecuación 2:

Donde, Vp = Tasa de flujo durante los 15 minutos pico (veh/ h). V = Volumen horario (veh/ h). FHP = Factor de hora pico.

Ajuste de la Oferta - Determinación de la tasa de flujo de saturación El HCM calcula la tasa de flujo de saturación de un grupo de carriles a partir del ajuste de la tasa de flujo de saturación ideal, empleando la Ecuación 11.

Donde, s: tasa de flujo de saturación del grupo de carriles (veh/h-verde). so: tasa de flujo de saturación ideal por carril (veh/h/carril). N: número de carriles del grupo de carriles. fW: factor de ajuste por ancho de carriles. fHV: factor de ajuste por vehículos pesados. fg: factor de ajuste por pendiente del acceso. fp: factor de ajuste por estacionamientos adyacentes al grupo de carriles. fbb: factor de ajuste por bloqueo de buses que paran cerca de la intersección. fa: factor de ajuste por tipo de área. fLU: factor de ajuste por utilización de carriles. fLT: factor de ajuste por giros a la izquierda. fRT: factor de ajuste por giros a la derecha. fLpb: factor de ajuste por peatones y bicicletas para giros a la izquierda. fRpb: factor de ajuste por peatones y bicicletas para giros a la derecha.

El primer factor indica el flujo de saturación base ideal (So), el cual se precisa cuando la intersección se encuentre en un área metropolitana con 250.000 habitantes o más, según el HCM 2010 (So) es de 1900 automóviles/carril/hora, y en otras ciudades 1750 Factores de ajuste del flujo de saturación Ajuste por ancho de carril (fW) Es aquel que incorpora el impacto negativo de carriles angostos en la tasa de flujo de saturación, así como también permite una tasa de flujo mayor en carriles anchos. El ancho de carril considerado estándar es de 3.6m.

Ajuste por vehículos pesados (fHV) Es aquel que incorpora el espacio adicional ocupado por los vehículos pesados13 y sus diferencias operativas en comparación con los vehículos livianos. El equivalente en vehículos livianos (ET) empleado para cada vehículo pesado es de 2 vehículos livianos y es reflejado en la fórmula de la Tabla 5. Ajuste por pendiente del acceso (fg) Es aquel que incorpora el efecto de la pendiente de la rasante sobre la operación de todos los vehículos, incluyendo vehículos pesados y livianos.

Ajuste por estacionamientos (fP) Es aquel que incorpora los bloqueos ocasionales debido a las maniobras de estacionamiento14. Se emplea el número de maniobras por hora en estacionamientos adyacentes al grupo de carriles y dentro de 75 m corriente arriba desde la línea de parada. Además, se considera un límite práctico de 180 maniobras como máximo y se debe tener en cuenta que las condiciones de estacionamiento con cero maniobras tienen un impacto diferente que una situación donde no hay estacionamientos. Ajuste por bloqueo de buses (fbb) Es aquel que incorpora el tránsito local de buses que se detienen a recoger o dejar pasajeros dentro de los 75 m desde la línea de parada (corriente arriba o corriente abajo). Este factor solo se debería emplear cuando los buses detenidos bloquean el flujo de tráfico15. Se emplea un límite práctico de 250 paradas como máximo

Ajuste por tipo de área (fa) Es aquel que incorpora la ineficiencia relativa de las intersecciones en los distritos de negocios. Es apropiado en áreas con características de un distrito central de negocios (CBD, Central Business District), las cuales incluyen derechos de paso en calles angostas, maniobras de parqueo frecuentes, bloqueo de vehículos, actividades de taxis y buses, pequeños radios de giro, uso limitado de carriles exclusivos de giro, alta actividad de peatones, etc. Ajuste por utilización de carril (fLU) Es aquel que incorpora la distribución desigual del tráfico entre los carriles en un grupo de carriles con más de un carril. El factor fLU está basado en el flujo del carril con el volumen más alto y se calcula empleando la ecuación correspondiente de la Tabla 5. Ajuste por giros a la derecha (fRT) Es aquel que intenta reflejar el efecto de la geometría. Depende de si los giros se realizan desde un carril exclusivo o compartido y de la proporción de vehículos en el grupo de carriles que giran a la derecha. Nótese que el factor de giro a la derecha es 1.0 si el grupo de carriles no incluye ningún giro a la derecha.

Ajuste por giros a la izquierda (fLT) Los factores de ajuste por giros a la izquierda dependen de si los giros son protegidos o permitidos y de si se realizan desde un carril exclusivo o compartido. El procedimiento detallado en el Apéndice C del Capítulo 16 del HCM 2000 es utilizado en el presente trabajo. Ajuste por peatones y bicicletas (fLpb y fRpb) El procedimiento para la determinación de los factores de ajuste por bloqueo de peatones y bicicletas tanto para giros a la izquierda como para giros a la derecha, se detalla en el Apéndice D del Capítulo 16 del HCM 2000, el mismo que es empleado en esta investigación. En la Tabla 5 se presentan y resumen todos los factores de ajuste mencionados junto con las fórmulas para su cálculo.

Factores de ajuste del flujo de saturación

Factores de ajuste del flujo de saturación

Factor de ajuste por giros izquierda

Donde, Rp: relación de pelotón. P: proporción de todos lo vehículos que llegan durante la fase verde (P ≤ 1). C: longitud del ciclo (s). gi: tiempo de verde efectivo del movimiento o grupo de carriles (s).

Determinación de la Capacidad y la Relación v/c Capacidad En intersecciones semaforizadas la capacidad se basa en los conceptos de flujo de saturación y tasa de flujo de saturación. Se calcula mediante la Ecuación 12.

Donde, ci: capacidad del grupo de carriles i (veh/h). si: tasa de flujo de saturación para el grupo de carriles i (veh/h). gi: tiempo de verde efectivo para el grupo de carriles i (s). C: longitud del ciclo del semáforo (s). gi/C: proporción de verde efectivo para el grupo de carriles i.

Relación v/c La relación v/c es a menudo denominada relación de volumen-capacidad o grado de saturación y expresa la razón entre la tasa de flujo (v) y la capacidad (c). En el análisis de intersecciones es representada con el símbolo X, por lo que para un grupo de carriles dado i, Xi se calcula empleando la Ecuación 13.

Donde, Xi: relación v/c o grado de saturación para el grupo de carriles i. vi: tasa de flujo de demanda actual o proyectada para el grupo de carriles i (veh/h). ci: Capacidad del grupo de carriles i. si: tasa de flujo de saturación para el grupo de carriles i (veh/h). gi: tiempo de verde efectivo para el grupo de carriles i (s). C: longitud del ciclo (s).

Grupos de carriles críticos y grado de saturación crítico Los grupos de carriles críticos para cada fase son aquellos que presentan la mayor relación de flujo v/c y se emplean para evaluar la intersección en su conjunto (forma agregada) con respecto a su geometría y a la duración del ciclo, dando lugar al grado de saturación crítico de la intersección (Xc) que se obtiene mediante la Ecuación 14.

Donde, Xc: relación v/c crítica o grado de saturación crítico para la intersección. Σ(v/c)ci: sumatoria de las relaciones de flujo para todos los grupos de carriles críticos i. C: longitud del ciclo (s). L: tiempo perdido total por ciclo, calculado como tiempo perdido, tL, para la trayectoria crítica de los movimientos (s).

Medidas de Eficiencia Determinación de la demora Los valores derivados de los cálculos de demora representan la demora media por control experimentada por todos los vehículos que llegan durante el periodo de análisis, incluyendo aquellas demoras contraídas fuera del mismo cuando el grupo de carriles se encuentra sobresaturado. La demora por control además considera los movimientos a bajas velocidades y las detenciones conforme los vehículos se mueven en la cola o disminuyen la velocidad corriente arriba de la intersección. La demora promedio por control por vehículo para un grupo de carriles se obtiene mediante la Ecuación 15.

Donde, d: demora por control por vehículo (s/veh). d1: demora por control uniforme asumiendo llegadas uniformes (s/veh). PF: factor de ajuste de demora uniforme por coordinación, el cual tiene en cuenta los efectos de la coordinación de semáforos. d2: demora incremental que toma en cuenta los efectos de llegadas aleatorias y colas sobresaturadas, ajustada por la duración del periodo de análisis y el tipo de controlador; este componente de la demora asume que no hay cola inicial para el grupo de carriles al inicio del periodo de análisis (s/veh). d3: demora por cola inicial, la cual tiene en cuenta las demoras de todos los vehículos en el periodo de análisis debido a las colas iniciales al comienzo del periodo de análisis (s/veh).

Demora uniforme Es aquella demora que se obtiene al asumir el caso ideal de llegadas uniformes, flujo estable, y ausencia de cola inicial. La Ecuación 16 brinda una estimación aceptada y precisa de la demora uniforme, la cual está basada en el primer término de la fórmula de demora de Webster (ver

Ecuación 8). Nótese que los valores de X no pueden ser mayores de 1.

Donde, d1: demora por control uniforme asumiendo llegadas uniformes (s/veh). C: longitud del ciclo (s); longitud de ciclo empleada en semáforos con controladores de tiempo fijo. g: tiempo de verde efectivo para el grupo de carriles (s); tiempo de verde empleado en semáforos con controladores de tiempo fijo. X: relación v/c o grado de saturación para el grupo de carriles.

Factor de ajuste por coordinación El factor de ajuste por coordinación es aquel que incorpora el efecto de la coordinación de semáforos. Se entiende que una buena coordinación de semáforos resultará en una alta proporción de vehículos llegando durante el verde, mientras que una coordinación pobre resultará en una baja proporción de vehículos que llegan en verde. El factor de ajuste por coordinación (PF) se aplica a todos los grupos de carriles coordinados, incluyendo a los grupos de carriles con controles de tiempo fijo. La coordinación afecta fundamentalmente a la demora uniforme, y por esta razón el ajuste se aplica solo a d1. El valor de PF puede determinarse usando la Ecuación 17.

Donde, PF: factor de ajuste por coordinación. P: proporción de vehículos que llegan en verde. g/C: proporción de tiempo de verde disponible. fPA: factor de ajuste suplementario por grupos vehiculares que llegan durante el verde.

Si se llevan a cabo mediciones de campo, P debería determinarse como la proporción de vehículos en el ciclo que arriban a la línea de parada o que se unen a la cola (estacionaria o en movimiento) mientras se presenta la fase verde. Por otro lado, si se emplea el tipo de llegada (AT), P se podrá calcular a través de la Tabla 3 y la Ecuación 9; de modo que fPA y PF se obtengan empleando la Tabla 6.

Factor de ajuste por coordinación para el cálculo de la demora uniforme

Demora incremental Es aquella demora que toma en consideración llegadas no uniformes y colapsos temporales de ciclos (demora aleatoria), así como los periodos sustanciales de sobresaturación (demora de sobresaturación). La demora incremental se puede estimar mediante la Ecuación 18, la cual asume que no hay demanda insatisfecha que genere colas iniciales al comienzo del periodo de análisis (T). El término de demora incremental es válido para todos los valores de X, incluyendo grupos de carriles altamente sobresaturados.

Donde, d2: demora incremental que toma en cuenta los efectos de colas aleatorias y sobresaturadas, ajustada por la duración del periodo de análisis y el tipo de controlador del semáforo (s/veh). T: duración del periodo de análisis (h). k: factor de demora incremental que es dependiente del ajuste de los controladores. I: factor de ajuste por ingresos a la intersección corriente arriba. c: capacidad del grupo de carriles (veh/h). X: relación v/c para el grupo de carriles o grado de saturación.

El término de calibración (k) o factor de calibración de demora incremental se incluye en la Ecuación 18 para incorporar el efecto del tipo de controlador. Para semáforos de tiempo fijo se emplea un valor de k = 0.50. Por otro lado, el factor de ajuste de demora incremental (I) incorpora los efectos de ingresos desde semáforos corriente arriba en intersecciones coordinadas. Para el caso de intersecciones aisladas I tomará el valor de 1.

Demora por cola inicial Es la demora adicional que se genera debido a las colas residuales (remanentes o insatisfechas) del periodo previo, ya que estas deberán primero despejar la intersección antes de dar paso a los vehículos que llegan durante el periodo de análisis. En los casos en que X>1 para un periodo de 15 minutos, el siguiente Periodo comenzará con una cola inicial denominada Qb, que es expresada en vehículos y debe observarse al inicio del rojo. Siempre y cuando Qb≠0, los vehículos que lleguen durante el periodo de análisis experimentarán una demora por cola inicial, que se designa por d3. Para estimar la demora por cola inicial existen cinco posibles escenarios de análisis, que se describen a continuación:

Caso 1: el periodo es no saturado sin cola inicial. Por lo tanto, d3=0 Caso 2: el periodo es sobresaturado sin cola inicial. Por lo tanto, d3=0 Caso 3: la cola inicial Qb se disipa durante el periodo T. Para que esto ocurra, la suma de Qb y la demanda total en T (qT) debe ser menor que la capacidad disponible (cT). Es decir, Qb + qT < cT. Caso 4: cuando aun existe demanda insatisfecha al final del periodo T pero es decreciente. Para que esto ocurra, la demanda en T debe ser menor que la capacidad. Es decir, qT < cT. Caso 5: cuando la demanda en T excede la capacidad. Aquí la demanda insatisfecha se incrementa al final de T. Para que esto ocurra deberá cumplirse que qT > cT.

La demora por cola inicial d3 se podrá calcular mediante la Ecuación 19.

Donde, Qb: cola inicial al inicio del periodo T (veh). c: capacidad (veh/h). T: duración del periodo de análisis (h). t: duración de la demanda insatisfecha (h). u: parámetro de demora. Para los casos 3, 4 y 5, los parámetros t y u se determinan mediante las Ecuaciones 20 y 21.

Adicionalmente, para los casos 4 y 5, el último vehículo que llega en el periodo T despejará la intersección en el tiempo Tc > T, denominado tiempo de despeje de cola inicial. Por lo tanto, en el caso de una cola inicial, Tc se calcula con la Ecuación 22.

Para los casos 3, 4 y 5, el componente uniforme de la demora por control (d1) debe ser evaluado empleando X=1.0 para el periodo en el que existe una cola de sobresaturación (t) y usando el valor real de X para el periodo restante (T-t). En consiguiente, para estos casos se emplea un valor ponderado de d1, tal como muestra la Ecuación 23.

Donde, ds: demora saturada (d1 evaluado para X = 1.0). du: demora no saturada (d1 evaluado para el valor real de X).

Estimación de demoras agregadas (ponderadas) El procedimiento para la estimación de demoras provee la demora por control por vehículo para cada grupo de carriles, por lo que para determinar las demoras en un acceso es necesario ponderar las demoras de los grupos de carriles, tal como muestra la Ecuación 24.

Donde, dA: demora para el acceso A (s/veh). di: demora para el grupo de carriles i (en el acceso A) (s/veh). vi: flujo ajustado para el grupo de carriles i (veh/h).

De modo similar, para obtener la demora por control promedio de toda la intersección, se pueden ponderar las demoras por control de los accesos empleando la Ecuación 25.

Donde, dI: demora por vehículo para la intersección (s/veh). dA: demora para el acceso A (s/veh). vA: flujo ajustado para el acceso A (veh/h).

Determinación del nivel de servicio Tal como se mencionó en el ítem 2.5.2., la demora media por control es la medida de eficiencia determinante en la estimación del nivel de servicio para intersecciones semaforizadas. Por lo tanto, el nivel de servicio se determina empleando la Tabla 2.

DETERMINACION DEL CICLO OPTIMO: •

La ecuación de Webster’s provee la duración optima de un ciclo Co 

1.5 L  5 1 Y

Donde: Co = duración del ciclo optimo, segundos L = tiempo total perdido durante un ciclo que consiste en el tiempo acción-reacción menos la porción de ámbar usada por los chóferes. Y = suma de los ratios de flujo de los mov. críticos.

Diseñar las fases de la siguiente intersección: Teniéndose una intersección con un ancho de carril de 12 pies, flujo de saturación en dirección de frente de 1800 veh/h, dirección izquierda 1650 veh/h, dirección derecha 1700 veh/h, asi mismo se conoce que tiempo total perdido durante un ciclo es de 4 seg.; el tiempo de ambar es de 3 seg.

1) Determinar los movimientos críticos por fase:

El mov. Critico corresponde a la línea o grupo de líneas con el ratio de flujo (v/c) mas grande

A la derecha: 765/1700 = 0.45 De frente: (850+820)/(2*1800) = 0.46 A la izquierda: 725/1650 = 0.44 Máximo: 0.46

Al este: 250/1700 = 0.15 Al oeste: 335/1650 = 0.20

Máximo: 0.20

Entonces Y en la ecuación de ciclo es Y = 0.46 + 0.20 = 0.66 Asumir L = 4 seg por fase Asumir Ambar = 3 seg

• Aplicando la ecuación al problema propuesto Co 

1.5 L  5 1.5(2 * 4)  5   50seg 1 Y 1  0.66

 L = 2 x 4 porque son dos fases, ambas con tiempos de perdida de 4 segundos  Resultados empíricos han demostrado que el ciclo mantiene sus condiciones optimas con valores entre +/- 30%, osea para este problema, optimas condiciones se obtendrían entre 35 < Co < 65  Ciclos entre 45 y 180 seg. son usados, normalmente acabando en 0/5; un Co = 52 seria 50 o 55

LUZ ÁMBAR / TODOS-ROJO

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Para determinar el ámbar se tendría que analizar la Zona de Dilema o

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Este análisis resultaría en diferentes tiempos de ámbar para diferentes direcciones debido a la velocidad de cada segmento, además de la longitud del cruce de la calle (avenida principal, calle, jirón, etc.)

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Además del ámbar, siempre es bueno poner una zona de protección en donde todas las fases tenga rojo llamada TODOS-ROJO

Punto de No Retorno.

LUZ VERDE DE UN SEMÁFORO

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La luz verde se asigna en proporción a los flujos críticos por cada fase. Para el ejemplo:

Tiempo de servicio de los peatones, el cual se precisa en la ecuación (1) y (2). Otro punto a identificar para el análisis de la intersección es la definición de los GC, en ambos manuales los carriles se siguen agrupando por ramales de trayectoria o movimientos, teniendo también las mismas consideraciones como GC los giros exclusivos a izquierda/derecha.

Donde: GP = tiempo de cruce del peatón minimo (seg) L = largo del crucero peatonal (m) Sp = velocidad promedio del peaton (m/s)… tipico usado 1.2m/s WE = ancho efectivo del crucero peatonal (m) 3.2 = tiempo de inicio del peaton (seg) Nped = numero de peatones que cruzan durante el intervalo

CP = 3.2 + L / Sp + (2.7 Nped / WE) CP = 3.2 + L / Sp + (0.27 Nped)

para WE > 10’ para WE < 10’

Donde: CP = tiempo de cruce del peatón minimo (seg) L = largo del crucero peatonal (ft) Sp = velocidad promedio del peaton (ft/s)… tipico usado 4 ft/s WE = ancho efectivo del crucero peatonal (ft) 3.2 = tiempo de inicio del peaton (seg) Nped = numero de peatones que cruzan durante el intervalo

COMPROBACIÓN CRUCE PEATONAL •

En la tabla previa, la fase A no cumple con el requisito de Tiempo Mínimo de Cruce de Peatones… ¿Cómo se llega a este valor? CP = 7 + W/4 – Y´ donde: CP = tiempo de cruce del peatón W = ancho del cruce Y´ = tiempo total de cambio (ámbar y todos-rojo)

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Para este problema… la fase A, CPA= 16 seg. < 13 seg. (Nro pers 50, ancho 15´) y por eso no cumple y CPB = 10 < 31 seg. (Nro pers 50, ancho 15´) y por eso si cumple el requisito CP = 3.2 + (4*12) / 4p + (2.7 *50 / 15)= 16.1 para WE > 10’ CP = 3.2 +(2*8) / 4 + (0.27 * 12) =10.44 para WE < 10’

•

En la tabla previa, la fase A no cumple con el requisito de Tiempo Mínimo de Cruce de Peatones… ¿Cómo se llega a este valor? CP = 3.2 + L / Sp + (2.7 Nped / WE) para WE > 10’ CP = 3.2 + L / Sp + (0.27 Nped) para WE < 10’ donde: CP = tiempo de cruce del peatón minimo (seg) L = largo del crucero peatonal (ft) Sp = velocidad promedio del peaton (ft/s)… tipico usado 4 ft/s WE = ancho efectivo del crucero peatonal (ft) 3.2 = tiempo de inicio del peaton (seg) Nped = numero de peatones que cruzan durante el intervalo

LUZ VERDE DE UN SEMÁFORO

• Incrementando a Co = 55 seg., se tiene que

(55-6)

(55-6)

14.9

LUZ VERDE DE UN SEMÁFORO

• Incrementando a Co = 60 seg., se tiene que

(60-6)

16 Suma = 60 s

(60-6)

38

OK

LUZ VERDE DE UN SEMÁFORO

1. Notar que los números de la figura y del cuadro no empalma (37 en vez de 38 y 15 (56 – 41) en vez de 16. 2. Esto se debe a que se ha aumentado 1 seg. para TODOS-ROJO por precaución disminuyendo la luz verde. 3. Si la intersección se encuentra sola o espaciada de alguna otra por mas de 800 metros a 1 Km. se puede decir que no pertenece a una red o conjunto de semáforos.

• Calcular el ciclo optimo y los intervalos de luz verde para la intersección mostrada. • Asumir que la fase A es para la zona norte-sur y la Fase B a la este-oeste • El tiempo de perdida es de 3 seg. por fase y el ámbar es de 4 seg. • El ancho de línea es de 10´ • Capacidades de flujo: – De frente = 1700 – Derecha = 1700 – Izquierda = 300

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 Calcular el ciclo optimo y los intervalos de luz verde para la    

intersección mostrada. Asumir que la fase A es para la zona norte-sur y la Fase B a la esteoeste El tiempo de perdida es de 3 seg. por fase y el ámbar es de 4 seg. El ancho de línea es de 10´ Capacidades de flujo:  De frente = 1700  Derecha = 1700  Izquierda = 300

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EJERCICIO 2 Calcular los tiempos de la intersección para el mismo ejercicio pero asumiendo 4 fases – – – –

Fase A: N-S izq. únicamente Fase B: N-S de frente sin giro izq. Fase C: E-O izq. únicamente Fase D: E-O de frente sin giro izq.

Tiempo de perdida, 3 seg. por fase y ámbar de 3 seg.. Para este caso el flujo de saturación (capacidad) de los giros a la izq. Es de 300, de frente y derecha 1700.

EJEMPLO: NIVEL SE SERVICIO Y CAPACIDAD DE UNA INTERSECION SEMAFORIZADA

Determinar la capacidad y Nivel de servicio de la intersección de las avenidas San Luis y Las Artes. Realizándose el conteo e información en campo se obtuvieron: FHP 0.96; la pendiente de todos los carriles se encuentran a nivel; se presentan el cuadro de flujo vehicular:

Tesis: Aplicabilidad de las metodologías del hcm 2000 y synchro 7.0 para analizar intersecciones semaforizadas en lima bachiller: Favio Jorge Vera Lino

La intersección se encuentra en la ciudad de lima, y los giros hacia la izquierda se encuentran protegidos, Distrito de San Luis; asi mismo se conoce los siguientes parámetros:

Vista satelital de la intersección de las avenidas San Luis y Las Artes (Google Earth, 2016)

Plano general de estudio

Fases del semaforo

Intervalos del ciclo del semáforo

SOLUCION: