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Ing. Msc. Flor Ángela Cerquera Escobar
INTERSECCIONES VIALES CONTROLADAS CON
SEMÁFOROS
MODELACIÓN SEMAFÓRICA
MÉTODO WEBSTER y AKCELiK
Ing. Ph.D. Flor Ángela Cerquera Escobar

SEMÁFOROS - ASPECTOS GENERALES
• Se denominan SEMÁFOROS a todos los equipos
reguladores del tránsito en las calles accionados por
corriente eléctrica que utilizan lentes iluminadas para
exhibir sus indicaciones. Las instrucciones del semáforo
se pueden complementar mediante el uso de señales y
demarcaciones..
Función principal
• La función principal de un semáforo vehicular es la de
permitir la circulación a un grupo de vehículos,
principalmente en intersecciones, manteniendo
detenidos al resto de los movimientos durante tiempos
determinados sucesivos, compartiendo el espacio y el
tiempo disponibles. Esto permite disminuir el número de
conflictos y la severidad de posibles colisiones.

ASPECTOS GENERALES
Otras funciones principales:
• También regula las velocidades desarrolladas, sobre
todo, en los movimientos directos.
• Los semáforos peatonales comúnmente se instalan en
combinación con los semáforos vehiculares y tienen
como función controlar el tránsito peatonal en los cruces.
• Los semáforos especiales tienen como funciones, entre
otras, las de indicar la necesidad de tomar precauciones
ante peligros, regular la velocidad, controlar el tránsito de
vehículos en carriles individuales y accesos, para dar
prioridad de paso a los vehículos de emergencia y para
indicar la aproximación o presencia de trenes en los
cruces con las vías.

ASPECTOS GENERALES
Objetivos del diseño de una intersección
controlada con semáforos:
• Reducir y prevenir accidentes en la intersección y en las
intersecciones aledañas. Es prioritario
• Reducir las demoras que experimentan los peatones y vehículos al
intentar cruzar la intersección, y al mismo tiempo evitar la
obstrucción de las intersecciones más cercanas causado por
colas largas. Es prioritario.
• Reducir el consumo de combustible de los vehículos en la
intersección.
• Reducir la emisión de contaminantes del aire de automotores y
otros factores que empeoran el medio ambiente.
Lo prioritario, interesa satisfacerlos con un mínimo de costo de
instalación del sistema de semáforos.

ASPECTOS
GENERALES
Cara del semáforo: que
regula uno o más
movimientos de la
circulación de vehículos
provenientes de un solo
sentido.
Unidad óptica, UO, con el sistema para
evitar el efecto “fantasma” ocasionado por
los rayos del sol.
Lente: Parte de la UO, que por su refracción
dirige la luz proveniente del bombillo y su
reflector, hacia el conductor o peatón.

ASPECTOS GENERALES.
DEFINICIONES
Controlador maestro:
mecanismo que sirve para
realizar los cambios de
luces en el semáforo; se
encuentra alojado en un
gabinete. Es el sistema
Central de control. Debe
encontrarse cercano.

TIPOS Y CLASIFICACIÓN

Semáforos de tiempos fijos:
• El ciclo, la duración y secuencia de intervalos son invariables y
están definidos por un programa establecido con anticipación.
• Puede tener varios programas, con el objeto de activarlos a
diferentes horas del día para satisfacer mejor la demanda del
tránsito.
• Facilitan la coordinación, especialmente cuando es necesario
coordinar los semáforos de varias intersecciones o de un sistema
en red. Esta coordinación, puede permitir una circulación
progresiva y cierto control de velocidades, por medio de una serie
de semáforos debidamente espaciados.
• Los controladores de semáforos de tiempos fijos no dependen de la
circulación de vehículos que pasan por detectores; por lo que su
funcionamiento no se afecta desfavorablemente debido a
condiciones especiales que impidan la circulación normal.
• El control de tiempos fijos puede ser más aceptable que el
accionado por el tránsito, en zonas donde exista tránsito peatonal
intenso y constante.

• Semáforos totalmente accionados por el tránsito:
En los cuales la duración de cada fase y a veces su orden depende
del tránsito que utiliza la intersección. Esta demanda es
identificada mediante detectores (neumáticos, lazos de inducción,
infrarrojos, etc.). Disponen de medios para ser accionados en
todos los accesos de la intersección.
• Semáforos semi-accionados por el tránsito:
Disponen de medios para ser accionados en uno o más accesos.
Estos semáforos son aplicables a las intersecciones de vías, con
alto volumen y altas velocidades, con calles secundarias de
tránsito relativamente liviano. La indicación normalmente es verde
en la calle principal, cambiando a la calle secundaria solamente
como resultado de la acción de vehículos o peatones detectados
en ella.

• Semáforos controlados por computador: Este tipo de
semáforos no sólo se encarga de enviar indicaciones de fase a los
controladores locales, si no que proporciona otras funciones como:
- Planes para vehículos de emergencia (ambulancias, bomberos,
policía) de manera que éstos cuenten con una banda verde
especial.
- Leyendas variables, que indiquen por ejemplo el cambio de sentido
de una vía o la calidad de la circulación.
- Información sobre la disponibilidad de estacionamiento.
- Conteo automático de tránsito.
- Comprobación del buen funcionamiento de los controladores
locales.
• Combinaciones de estos tipos: Por ejemplo sistemas
coordinados que también pueden responder a la demanda
instantánea.

LENTES POR CARA DE SEMÁFORO
• Debe tener mínimo tres
lentes; rojo, amarillo y
verde. Pero no más de
cinco, en el caso de
agregar lentes con
flechas direccionales.
(excepción los de
peatones)

PARÁMETROS BÁSICOS DE CONTROL
• Ciclo: Es el tiempo requerido para una secuencia completa de las
indicaciones de un semáforo.
• Fase: Parte del ciclo durante el cual uno o mas movimientos o
combinación de movimientos simultáneos reciben el derecho de
paso durante uno o más intervalos.
• Intervalo: Tiempo que dura cualquier indicación del semáforo.
Cualquiera de las diversas divisiones del Ciclo,.
• Desfase: Para fines de coordinación, es el número de segundos
que tarda en aparecer la indicación de luz verde en un
semáforo, después de un instante dado, que se toma como
punto de referencia de tiempo. Puede ser expresado en % de
ciclo o en seg.

• Programa: Son las instrucciones que definen la forma en
que cada semáforo operará en el tiempo (intervalos,
desfase, ciclo).
Estas instrucciones se pueden transmitir como una serie de
señales eléctricas o por radio a cada semáforo o controlador
local. Hay un programa definido para cada período de
diseño (Pico, valle, otro) para cada día típico (laboral de la
semana, fin de semana y especiales, por ejemplo, cuando
hay eventos con gran asistencia de personas).
• Plan: Es el conjunto de programas preparados para un día
típico laboral de la semana, fin de semana o día especial.

INTERVALOS DE FASE DEL SEMÁFORO
• Intervalo R/A simultáneos: Alerta que se aproxima el
verde reduciendo el tiempo perdido en el arranque.
• Intervalo RR: Todo Rojo
• λ1: Tiempo perdido en el arranque
• λ2: Tiempo de retraso al final. Tiempo ganado al final en el
amarillo. Alerta del cambio de fase.
• l 𝝋 : Tiempo perdido en la fase,
A

Una fase se identifica con el
comienzo de al menos un
movimiento que gana el
derecho de paso y termina con
la finalización de al menos de
un movimiento que lo pierde.
Las fases se delimitarán en la vía cuando haya un cambio de
derecho de paso, o sea, cuando un movimiento vehicular o peatonal
es detenido y otro inicia, hay cambio de fase.

Donde:
1.. 4 son movimientos vehiculares.
Fi : Instante de inicio de la fase i del semáforo, con i de 1 a 3.
VFi : Duración de la indicación verde del semáforo para la fase i.
Ifi : Intervalo de cambio de fase. Puede ser solo el AMARILLO
después del verde y también puede incluir un intervalo adicional de
despeje TODO ROJO. También se conoce como ENTREVERDE (I)
o INTERMEDIO.

MODELO BÁSICO DE FLUJO DE SATURACIÓN

OPERACIÓN
V = ve + λ1 - λ2
l= I + λ1 - λ2 ⇒ I = l - λ1 + λ2
V = ve + l – I ⇒ V + I = ve + l
∑ (V+I) = ∑ (ve + l )
fi=1
fi=m
fi=1
fi=m

ENTREVERDE (I)
Es el tiempo que media entre dos verdes del semáforo sucesivos.
I = El Amarillo (AM) + [Todo Rojo (RR) o Rojo-Amarillo
(R/A)]
I = Entreverde, tiempo del movimiento que gana el derecho de paso [s] o Intervalo de cambio
de Fase.
AM = Duración del intervalo de amarillo del movimiento que pierde el derecho de paso. [s].
RR = Duración del intervalo de todo-rojo del movimiento que pierde el derecho de paso. [s].
R/A = Duración del intervalo de rojo-amarillo = 2 s
Obtenidos del movimiento que pierde el derecho de paso, pero el Entreverde es asignado al movimiento que lo
seguirá, es decir, el que gana el derecho de paso.

TIEMPO AMARILLO (AM)
Donde:
Tpiev=Tiempo de percepción, reacción del conductor ≈ 1 s.
v𝐢 = Velocidad de aproximación de los vehículos m/s
a = Tasa de desaceleración o frenada: 3,05 m/seg2
Se diseña como el tiempo necesario para reaccionar previendo la aparición
del tiempo de rojo y para realizar la maniobra de frenado en condiciones
seguras antes de la línea de detención. Duración entre 3 a 5 seg.
AM = Tpiev+
𝒗𝒊
𝟐𝒂

TODO ROJO (RR)
Donde:
Wi= Distancia desde la línea de detención del mvto que tiene el
derecho de paso hasta la línea del acceso al que se dirige, [m].
li = Longitud del vehículo que pierde el derecho de paso, [m].
vi = Velocidad de aproximación del veh que tiene el derecho de
paso, [m/s ]
Se diseña en función del tiempo que requiere el vehículo que pierde
el derecho de paso en la intersección semaforizada para que una
vez dentro de ella no sea colisionado por el vehículo que gana su
derecho de paso..
RR =
Wi+𝒍𝒊
𝒗𝒊

MÉTODO DE DISEÑO- PROCEDIMIENTO
♦ Estimar: Flujos de Saturación, Si y Volúmenes de llegadas, qi en
Automóviles Directos Equivalentes por hora (ADE/h)
♦ Determinar Factor de Carga, Yi Yi = qi / si
♦ Calcular Factor de carga de la intersección, Y Y= Σ yi
♦ Estimar L = tiempo perdido Total, en función del Todo rojo, RR y
Amarillo, AM, y los despeje de intersección, etc.
♦ Calcular el Ciclo Óptimo Co, donde L= n l + R
♦ Repartir el verde efectivo
♦ Calcular el tiempo de verde del semáforo, Vi, con la expresión:
Vi = gi + .l𝝋 – I

A. FLUJOS DE SATURACIÓN (S) Y VOLÚMENES DE
LLEGADAS AL ACCESO (QI), EN ADE /H.
Efecto de convertir los de carga (pesados) a automóviles
(livianos)
Considerar el efecto de las Equivalencias de camiones y buses
para convertirlos a Automóviles equivalentes.
Fhv = 1/1 + Pt (Et-1) + Pb(Eb-1) = Equiv/h .
EFECTO DE PESADOS A LIVIANOS AUTOMÓVILES

Efecto del giro a derecha. Se considera
calculando los volúmenes y el flujo de
saturación en función del flujo
peatonal.
RESULTADO: Flujos (S) o volúmenes
de entrada (qi), en ADE /h .
Efecto del giro a la izquierda. Se
considera calculando los volúmenes y el
flujo de saturación en función de los
volúmenes opuestos que se tengan en la
fase.
B. FLUJOS DE SATURACIÓN (S) Y VOLÚMENES DE LLEGADAS AL
ACCESO (qi), EFECTO DE CONVERTIR LOS QUE GIRAN A LA
DERECHA Y LOS QUE GIRAN A LA IZQUIERDA EN
AUTOMÓVILES DIRECTOS EQUIVALENTES (ADE /h)

TIEMPO PERDIDO TOTAL , (L)
lφ = I + λ1 - λ2 ⇒
L= l φ ⇒ L= (I + λ1 − λ2)
4
φ
=
𝟏
4
φ
=
𝟏
I = AM + RR
Donde:
L = Tiempo perdido total por ciclo: Sumatoria de todos los tiempos
perdidos por fase lφ
.lφ= Tiempo perdido por fase .
λ1 = Tiempo perdido en el arranque del verde
λ2 = Tiempo de retraso al final. Tiempo ganado al final con el
amarillo. Alerta del cambio de fase.
I = Entreverde, El Amarillo (AM) + [Todo Rojo (RR) o Rojo-
Amarillo (R/A)]

LONGITUD DE CICLO
CONTROL TIEMPO FIJO. WEBSTER
Co =
𝒌∗𝑳+𝟓
𝟏−𝒀
(Cuando K vale 1,5) Co =
𝟏,𝟓∗𝑳+𝟓
𝟏−𝒀
(Minimiza la demora)
Donde:
perdidos por fase.
Y = Factor de carga de toda la intersección : Y= 𝒚φ
𝒎
φ
=
𝟏
.m = Número de fases en el ciclo
φ = Fase del semáforo.
𝒚φ= Factor de carga por fase
El intervalo de duración del ciclo en el cual las demoras no se incrementan más del
10% corresponde a un 0,75 Co ≤ C ≤ 1,5 Co sin pasar de 120 s
Tiempo de ciclo. La duración de ciclo se obtiene con base en la del
ciclo óptimo que minimiza, entre otras, la demora de todos los
vehículos que utilizan la intersección.

REPARTO DEL CICLO
g φ =
𝒚φ
𝒀
*(Co – L)
Donde:
Co = Ciclo Óptimo
perdidos por fase.
Y = Factor de carga de toda la intersección : Y= 𝒚φ
𝒎
φ
=
𝟏
φ = Fase del semáforo.
𝒚φ= Factor de carga por fase
El Verde V φ : V φ = g φ + .l𝝋 – I
La distribución del tiempo disponible de ciclo
Reparto del verde g 𝝋 = Verde efectivo por fase:

INTERSECCIÓN Y MOVIMIENTOS
2
3
5
4
7 9
JERARQUÍAS
• GRUPO 1: 2, 3, 5
• GRUPO 2: 4, 9
• GRUPO 3: 7
JERARQUÍAS
• GRUPO 1: 2, 3,
• GRUPO 2: 7, 9
• GRUPO 3: 4, 5

1
2
3
6
5
4
7 8 9
12 11 10
ESTABLEZCA LAS FASES O JERARQUÍAS
POSIBLES SIN QUE SE GENEREN
CONFLICTOS ENTRE MOVIMIENTOS
INTERSECCIÓN Y MOVIMIENTOS

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