V_Diseño de intersecciones con semáforo.ppt

Una intersección es la interrupción de flujo más común que
se puede producir en una vía
La intersección con semáforo es definida como el lugar
más complejo de cualquier sistema de transporte (HCM
2000).
INTRODUCCIÓN

• Requisitos para intersección controlada por
semáforo (MDCT):
• Volumen vehicular de 8 horas: volumen mínimo, interrupción de
tránsito continuo y combinación de requisitos
• Volumen mínimo de peatones
• Cruce escolar
• Historial de accidentes
• Sistema coordinado
• Organización de red vial
• Volumen y demoras en hora punta
CONTROL DE INTERSECCIONES

REQUISITO (A)
VOLUMEN MÍNIMO DE VEHÍCULO
Número de Carriles de Circulación
por acceso en ambos accesos
Vehículos por hora en la
calle principal (total en
ambos accesos)
Vehículos por hora
en el acceso de
mayor volumen de la
calle secundaria (un
solo sentido)
Calle
Principal
Calle
Secundaria
1
2 o más
2 ó más
2 o más
1
1
2 o más
2 o más
500
600
600
500
150
150
200
200
La condición de volumen mínimo de vehículos, se entiende que es para ser aplicada
donde el volumen de tránsito intersectante es la razón principal para considerar la
instalación de un semáforo.
La condición se cumple cuando en la calle principal y en los accesos de mayor flujo
de la calle secundaria existen los volúmenes mínimos indicados en la tabla siguiente
en cada una de ocho horas de un día representativo.
Manual de Dispositivos de Control de Tránsito Automotor para Calles y
Carreteras

Términos básicos
• Ciclo ( C ) : tiempo necesario para una secuencia completa
de todas las indicaciones de señal del semáforo
• Intervalo : cualquier parte de la duración del ciclo durante
la cual no cambian las indicaciones de la señal del
semáforo
• Fase : parte del ciclo asignado a una combinación de
movimientos de tráfico que reciben el derecho de pasar
simultáneamente durante uno o más intervalos
INTERSECCIONES CON SEMÁFORO

Términos básicos
• Intervalo de despeje ( I ) : también llamado tiempo entre
verdes, es el tiempo transcurrido entre el final de la luz
verde en una fase y el inicio del verde en la fase siguiente
• Intervalo todo rojo ( AR ) : tiempo de exposición de una
indicación roja para todo el tránsito. Su uso está
comprobado para efectos de seguridad
• Fase dividida : parte de una fase que se separa del
movimiento primario, formando entonces una fase especial
que se relaciona con la fase matriz

Términos básicos
• Factor de hora punta ( FHP ) : medida de la variabilidad
de la demanda durante la hora punta
• Desfase (offset) :en sincronización de semáforos, es el
lapso de tiempo determinado por la diferencia entre el
inicio de la fase verde en una intersección y el inicio del
verde en la siguiente intersección
• Unidad vehicular equivalente (UVE) : unidad para
considerar la presencia de diversos tipos de vehículos,
distintos de autos, y movimientos a izquierda y derecha

Términos básicos
• Grupo de carriles : uno o más carriles en el acceso de una
intersección y que tiene la misma fase verde, determinados
según los siguientes lineamientos:
• Grupo separado para giros exclusivos
• Cuando hay grupo de giro exclusivo, los demás carriles formarán
un grupo individual de carriles
• Cuando el giro a la izquierda es permitido, evaluar su efectividad

Movimiento / vehículo UVE
Giro a derecha
Giro a la izquierda protegido
Giro a la izquierda permitido
Camión
Bus
Combi
Mototaxi
Moto lineal
1.10
1.10
1.50
1.50
1.50
1.25
0.33
0.20

• El diseño contempla la selección del ciclo óptimo ( Co) y
del intervalo entre verdes ( I )
• Inadecuada selección del tiempo entre verdes genera una
zona de dilema o incertidumbre
• Gazis (1960), estudio el problema de incertidumbre, el cual
puede eliminarse seleccionando apropiadamente la
duración del ámbar
• Analizando el movimiento del vehículo durante el tiempo
percepción – reacción

Línea de parada
Vo X
w
L
• Cuando la luz cambia a ámbar, el vehículo se encuentra a
una distancia x de la línea de parada
• El conductor que se aproxima con una velocidad media Vo
debe decidir entre detenerse o seguir

Línea de parada
Vo X
w
L
• Para detenerse, se requiere que el vehículo recorra no más
de x
• Despejar la intersección requiere recorrer ( x + w + L )
• Distancia que debe ser cubierta antes que la luz cambie a rojo

• Para realizar con éxito la maniobra de paso del vehículo
• Distancia disponible: (x + w + L) – Vo . tr
• Distancia requerida: Vo (I – tr) + 1 a1 (I – tr)2
2
Línea de parada
Vo X
w
L

(x + w + L) – Vo . tr ≤ Vo ( I – tr ) + 1 . a1 . ( I – tr ) 2
2
• Si tuviéramos que calcular la aceleración necesaria para
cruzar la intersección sin problemas:
Línea de parada
Vo X
w
L
2
2
1
)
(
)
(
2
)
(
2
r
o
r t
I
I
V
L
w
t
I
x
a







• Conociendo w, L, Vo y tr , la relación x y a1, representa una línea
recta:
a
X
a1
*
Xa1
Xo

• La distancia máxima entre el vehículo y la línea de parada , con la
cual en vehículo puede pasar sin acelerar, será xo :
a
X
a1
*
Xa1
Xo
)
(
0
0 L
w
I
V
x 



• Importante en el análisis, puesto que el vehículo que se aproxima a
la velocidad límite no debe requerir acelerar para cruzar la
intersección
a
X
a1
*
Xa1
Xo

• xo define el punto más allá del cual un vehículo viajando a la
velocidad límite no sería capaz de cruzar en ámbar en forma segura o
legal
a
X
a1
*
Xa1
Xo

• Para realizar con éxito la maniobra de parada
• Distancia de frenado disponible: x – Vo.tr
• Distancia requerida: Vo
2
2a2
Línea de parada
Vo X
w
L

x – Vo.tr ≥ Vo
2
2a2
• La desaceleración más pequeña para lograr esta tarea
estará dada por:
Línea de parada
Vo X
w
L
)
(
2 0
2
0
2
r
t
V
x
V
a



• Conociendo Vo y tr , la relación x y a2 puede graficarse como una
parábola rectangular:
X
a2
*
Xc
Votr
a

• Cuando el vehículo está cerca de la línea de parada y la luz cambia a
ámbar, el vehículo entrará a la intersección antes de comenzar a frenar
X
a2
*
Xc
Votr
a

• Matemáticamente a2 es ilimitado, pero existe un valor máximo para
que la desaceleración de un vehículo resulte práctica
• El límite es un poco mayor a la desaceleración que el conductor y los
pasajeros consideran confortable
X
a2
*
Xc
Votr
a

• a2 puede estar entre 2.4 y 3 m/seg2 para pasajeros sentados y entre 1.2
y 1.5 m/seg2 para pasajeros de pie, en transporte público
• La desaceleración puede expresarse en función de la gravedad y las
condiciones del pavimento: a2 = fx . g
X
a2
*
Xc
Votr
a

• La mínima distancia a la cual el vehículo puede detenerse con
comodidad sera xc :
• Distancias menores serán incómodas, inseguras o imposibles para
poder detenerse
g
f
V
t
V
x
x
o
r
o
c
2
2


X
a2
*
Xc
Votr
a

• Para un lugar en particular, las magnitudes relativas de las
dos distancias críticas xo y xc determinan si un vehículo
puede o no ejecutar, con seguridad, cualquiera de las dos
maniobras

• Si xc < xo , el conductor puede ejecutar cualquiera de las dos
maniobras sin importar donde se ubica el vehículo al momento del
cambio de luz a ámbar
Xo
Xc
No puede pasar
No puede parar

• Si xc > xo , existirá una zona de dilema de longitud (xc – xo)
• Un vehículo que se aproxima a la intersección al límite de la
velocidad no podrá ejecutar ninguna de las dos maniobras con
seguridad y comodidad
Zona de dilema
Xo
Xc

• La zona de dilema puede eliminarse de dos formas:
• Cambiando la velocidad límite
• Seleccionando un apropiado tiempo mínimo de
duración para el ámbar (mínimo I)

• Calcular un tiempo mínimo entre verdes I, para lo cual xc = xo
• Representa la situación límite
Xo
Xc

• Igualando xc = xo :
Despejando I mínimo:
)
(
2
min
2
L
w
I
V
g
f
V
t
V o
x
o
r
o 



o
x
o
r
V
L
w
g
f
V
t
I
)
(
2
min





Longitud del ciclo
• F. V. Webster basándose en observaciones de campo y
simulación de condiciones de tránsito:
Co : tiempo óptimo del ciclo (seg.)
l : tiempo perdido por ciclo (seg.)
Yi : máximo valor de la relación entre el flujo actual y el flujo de saturación
para el acceso o movimiento o carril crítico de la fase i
φ : número de fases




 
1
1
5
5
.
1
i
i
o
Y
l
C

Flujo de saturación y tiempo perdido
• R. Akcelik estudió la capacidad de intersecciones con
semáforos basado en flujos de saturación, vehículos
equivalentes, tiempo perdido y verde efectivo
• Cuando el semáforo cambia a verde, el paso de los
vehículos que cruzan la línea de parada se incrementa
rápidamente hasta alcanzar una tasa llamada flujo de
saturación

Flujo de saturación y tiempo perdido
• Esa tasa permanece constante hasta que la fila de
vehículos se disipe o hasta que termine el verde
• Mientras los vehículos aceleran hasta alcanzar una
velocidad de marcha normal, la tasa de vehículos que
cruzan la línea es menor durante los primeros segundos
• Lo mismo sucede durante el periodo posterior a la
terminación del verde

Tiempo verde efectivo, g
Intervalo verde: G
Flujo de saturación, s
Tiempo perdido l1
Tiempo perdido l2

Headway,
h, s
Vehicle Queue
h
Start-up lost time
t1
t2
t3
t4 h
1 2 3 4 5 6 .................................n
Total start-up lost time,
l1 =  ti (s)
Flujo de saturación: 3600/h (veh/h)
• HCM asume que el tiempo perdido por fase ocurre al
inicio de la maniobra:

Ejemplo (Método simple)
• Todos los carriles de 12 pies (3.65 metros)
• Velocidad de aproximación en ambas direcciones: 50 Km/hr
• Flujo de saturación: 1800 UVE/hr/carril para todos los carriles
• Tiempo percepción – reacción, tr = 1 seg.
• Tiempo perdido por fase: 5 segundos
• Volumen peatonal despreciable

( 9 % camiones )
( 9 % camiones )
2
200
200
600
250
700
150
100
150
300
100
100
300
( 5 % camiones )
( 5 % camiones )
1
4
3

• De acuerdo con los volúmenes de tránsito, se decide el
número de fases
• Se comienza con el sistema básico de 2 fases
• Luego se analizan los giros a la izquierda
• Evaluar la posibilidad según geométrica
• Cuando el volumen es mayor o igual a 150 vehículos por
hora, se recomienda fase exclusiva (depende de la
geometría)

I II III
3 fases

acceso izquierda De frente derecha
1
2
3
4
288
154
230
154
732
308
627
308
172
169
230
112
Convertir volúmenes mixtos a vehículos equivalentes (UVE):

• Calcular el tiempo entre verdes I, para cada fase
• Tener en cuenta que cuando existe fase protegida,
no se calcula tiempo entre verdes
• Solamente se toma el valor del ámbar promedio

FASE II:
I = A + AR ( 4 A + 1 AR)
FASE III:
I = A + AR ( 4 A + 1 AR )
segundos
segundos
I 5
7
.
4
6
.
3
/
50
3048
.
0
)
20
12
4
(
81
.
9
33
.
0
2
)
6
.
3
/
50
(
1 









segundos
segundos
I 5
9
.
4
6
.
3
/
50
3048
.
0
)
20
12
5
(
81
.
9
33
.
0
2
)
6
.
3
/
50
(
1 










• Para aplicar el método de WEBSTER, se determina
primero los volúmenes críticos por carril o grupo de
carriles:
• Primero se fija la direccionalidad del uso de carriles

1
2
4
3
A
B
A
B
C

Acceso Carril Fase volumen
A I 288
B II (2/3)*( 732)= 488
C II (1/3)*(732) + 172 = 416
A III ( 154 + 308 + 169 ) / 2 =
315
B III 316
A I 230
B II (2/3)*(627 )= 418
C II (1/3)*(627 )+ 230 = 439
A III ( 154 + 308 + 112 )/ 2 =
287
B III 287
1
2
3
4

• Volúmenes críticos:
FASE I : 288 Y1 = 288 / 1800 = 0.16
FASE II : 488 Y2 = 488/ 1800 = 0.27
FASE III : 316 Y3 = 316 / 1800 = 0.18
∑ Y = 0.61
39
.
76
61
.
0
1
5
)
3
5
(
5
.
1





o
C
75 segundos

• Distribución del ciclo por fases:
FASE I : G + A = 75 ( 0.16 / 0.61 ) = 20 segundos ( 16 G + 4 A )
FASE II: G + I = 75 ( 0.27 / 0.61 ) = 33 segundos ( 28 G + 4 A + 1 AR )
FASE III: G + I = 75 (0.18 / 0.61 ) = 22 segundos ( 17 G + 4 A + 1 AR )

• Diagrama de fases:
I
II
III
0 16 20 75
20 48 52
53
0
0
71 74 75
75
AR = 1 s AR = 1 s

Prioridad: transporte público

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