2. Se define como semáforo a los dispositivos
electromagnéticos y electrónicos, que se usan
para facilitar el control de tránsito de vehículos y
peatones, mediante indicaciones visuales de
luces de colores universalmente aceptados,
como son el rojo, amarillo y verde.
Su función principal es la de permitir el paso
alternadamente a las corrientes de tránsito que cruzan,
permitiendo el uso ordenado y seguro del espacio
disponible.
2
Definición de semáforos
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
3. Ventajas de los semáforos
Hacen que el tránsito se desenvuelva de manera ordenada,
asignando el derecho de vía a diversos movimientos.
Permiten el flujo de tránsito de calles menores a través de
arterias mayores y más congestionadas.
El uso de estos es más eficiente y económico que cualquier
método manual.
3
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
4. Desventajas del uso de semáforos
Causan demoras excesivas si no se
diseñan apropiadamente.
Pueden aumentar la frecuencia de
accidentes en intersecciones, en
particular alcances por detrás.
5. La selección del tipo de control para una intersección es un proceso
particular para cada caso. Cada situación es diferente y debe ser
estudiada detalladamente antes de seleccionar el tipo de control
adecuado para ella.
El Manual de Capacidad de Carreteras de EE.UU. (HCM), considera
ciertos niveles de trafico para la instalación de semáforos, de
acuerdo al detalle siguiente:
5
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
Selección del tipo de Mecanismo de Control.
6. Número de Carriles en
cada Acceso
Vehículo por
hora en vía
ppal.1
(Total de
ambos acceso)
Vehículos por hora
en el acceso de
mayor volumen de
la vía menor.1
(en una sola
dirección)
Vía
Principal
Vía
Secundaria
1 1 500 150
2 ó más 1 600 150
2 ó más 2 ó más 600 200
1 2 ó más 500 200
Cuadro 10.2 Volumen Mínimo de Vehículos, Requisito 1
1. Volumen Mínimo de Vehículos: Se usa cuando el volumen del tránsito
que intercepta es razón principal para considerar la instalación de un
semáforo.
6
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
7. 2. Interrupción del Flujo Continuo del Tránsito: Se usa cuando
el tránsito en la vía secundaria sufre demoras excesivas o altos
riesgos al cruzar la vía principal.
Cuadro 10.3 Volumen Mínimo de Vehículos, Requisito 2
Número de Carriles en
cada Acceso Vehículo por hora en vía
ppal.1
(Total de ambos acceso)
Vehículos por hora en el
acceso de mayor
volumen de la vía
menor.1
(en una sola dirección)Vía Principal
Vía
Secundaria
1 1 750 75
2 ó más 1 900 75
2 ó más 2 ó más 900 100
1 2 ó más 750 100
7
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
8. 3. Volumen Mínimo de Peatones: Se usa cuando existe un
número significativo de peatones que desean cruzar una calle y el
volumen de vehículos de la calle es tal que les impide cruzar la
calle sin demoras excesivas o con altos riesgos.
Vehículos por hora en
vía principal
Peatones por hora
cruzando la vía principal
Sin Isla Central
Con Isla Central ≥
1m
600
1000
150
150
Cuadro 10.4.
Volumen Mínimo de Peatones, Requisito 3
8
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
9. 4. Experiencia de Accidentes: Es usada para justificar la instalación de un semáforo
cuando en un periodo de 12 meses han ocurrido más de cinco (5) accidentes que
puedan ser corregidos con la instalación de un semáforo.
5. Cruces Escolares: Se instala un semáforo cuando en un estudio de la frecuencia de
brechas adecuadas en el flujo de vehículos, relacionadas con el número y tamaño de los
grupos de niños cruzando las calles, es menor al número de minutos que dura el estudio
6. Progresión: Se justifica la instalación de un semáforo cuando es necesario mantener
las agrupaciones y velocidades de vehículos apropiadas para obtener flujo continuo de
vehículos en una calle. Idealmente, no se deben instalar semáforos a menos de 300 mts
entre uno y otro.
7. Sistemas: Se justifica la instalación de un semáforo cuando la intersección común de
dos rutas principales tienen un volumen existente de 800 vph durante las horas pico de
cualquier día típico de la semana o en cada una de cinco horas en un sábado o domingo.
9
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
12. Tipos de semáforo
1. Semáforos de Tiempos Fijos.
2. Semáforos Accionados por el Tráfico.
3. Semáforos con Control Centralizado
mediante un puesto de control.
12
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
13. 1. Semáforos de tiempo fijo
Se utilizan en intersecciones donde el flujo de
tránsito no presentan variaciones importantes
en el tiempo, y que no ocasionen demoras o
congestionamientos excesivos.
Por su sencillez este tipo de semáforos ha sido hasta ahora el mas
utilizado en nuestras zonas urbanas, especialmente cuando se
emplean varios semáforos próximos entre si. Es amplio uso en la
ciudad de Santa Cruz
13
14. 2. Semáforos accionados por el tráfico
Estos semáforos reciben información del número de
vehículos que llegan por los accesos a través de
detectores que se instalan en dichos accesos.
Teniendo en cuenta las intensidades de tráfico el
regulador del semáforo decide si debe o no cambiar la
fase.
Existen limitaciones de duración máxima y mínima de
cada fase para evitar largas esperas, estas duraciones
se adaptan automáticamente a las variaciones del tráfico
a través del regulador. Los semáforos accionados por el
tráfico son ideales para intersecciones en carreteras.
14
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
15. 3. Semáforos con control centralizado
Este tipo de semáforos reciben órdenes de un ordenador central,
que es el encargado de controlar todos los semáforos de una zona.
Este ordenador recibe información del tráfico por medio de
detectores colocados en lugares estratégicos y decide lo que
conviene realizar en cada momento.
Estos semáforos son utilizados en grandes zonas urbanas.
15
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
16. CALCULO DE LOS TIEMPOS DEL SEMAFORO
TERMINOS BASICOS
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS 16
Indicación de señal: Se refiere al encendido de una de
las luces del semáforo o una combinación de varias
luces al mismo tiempo.
Ciclo o Longitud de ciclo: Tiempo necesario para que
el semáforo efectúe una revolución completa o
secuencia completa de todas las indicaciones de señal
del semáforo.
Movimiento: Maniobra o conjunto de maniobras de un
mismo acceso que tienen el derecho de paso
simultáneamente y forman una misma fila.
17. TERMINOS BASICOS
Intervalo: Cualquiera de las diversas divisiones del ciclo, durante la cual no
cambian las indicaciones de señal del semáforo.
Fase: Es parte del ciclo asignada a cualquier combinación de uno o mas
movimientos que reciben simultáneamente el derecho de paso, durante uno
o mas intervalos. Es la selección y ordenamiento de movimientos
simultáneos.
Una fase puede significar un solo movimiento vehicular, un solo movimiento
peatonal, o una combinación de movimientos vehiculares y peatonales.
Secuencia de fases: Orden predeterminado en que ocurren las fases del
ciclo.
Reparto: Porcentaje de la longitud del ciclo asignado a cada una de las
diversas fases.
Intervalo de cambio o despeje: Tiempo de exposición en el intervalo
amarillo del semáforo que sigue al intervalo verde. Es un aviso de
precaución para pasar de una fase a la siguiente.
17
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
18. TERMINOS BASICOS
Intervalo todo rojo: Exposición de una indicación roja para todo el tránsito
que se prepara a circular. Es utilizado en la fase que recibe el derecho de
paso después del amarillo de la fase que lo pierde, con el fin de dar un
tiempo adicional que permita a los vehículos despejar la intersección antes
de que los vehículos, que lo ganan, reciban verde. Se aplica sobre todo en
aquellas intersecciones que sean excesivamente anchas. También puede
ser utilizado para crear una fase exclusiva para peatones.
Intervalo de cambio de fase: Intervalo que puede consistir solamente en
un intervalo de cambio amarillo o que puede incluir un intervalo adicional de
despeje todo rojo.
El intervalo de cambio de fase, tiene como función principal alertar al
usuario de un cambio en la asignación del derecho al uso de la
intersección. Se deberá considerar el tiempo de percepción-reacción del
conductor, la deceleración y finalmente el tiempo necesario de despeje de
la intersección.
18
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
21. Intervalo de cambio = Amarillo + Todo Rojo
Tiempo necesario para recorrer la distancia de parada.
Tiempo necesario para cruzar la intersección.
Donde:
y = Intervalo de cambio de fase, amarillo mas todo rojo (s)
t = Tiempo de percepción-reacción del conductor (usualmente 1 s.)
v = Velocidad de aproximación de los vehículos (m/s)
a = Tasa de deceleración (Valor usual 3,05 m/s2)
W = Ancho de la intersección (m)
L = longitud del vehículo (valor sugerido 6.10 m)
La velocidad de aproximación ”v”, se refiere a la velocidad límite prevaleciente o al percentil 85 de la velocidad
P85.
v
LW
2a
v
ty
2a
v
t
v
LW
21
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
Calculo del intervalo de cambio de fase
22. Intervalo de cambio de fase
Despeje
LW
en el intervalo Amarillo
Distancia Recorrida
Aparece
totalel Amarillo
22
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
23. F. V. Webster, demostró que la demora mínima de todos los
vehículos en una intersección con semáforo, se puede obtener para
una longitud de ciclo óptimo de:
Donde:
Co = Tiempo óptimo de ciclo (s)
L = Tiempo total perdido por ciclo (s)
βi = 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. este valor depende
del flujo vehicular en cada acceso i.
φ = Número de fases del semáforo.
Los valores aceptables para la longitud de ciclo esta entre el 75% y el 150% del ciclo
óptimo y las demoras no serán mayores en más del 10% al 20% de la demora
mínima.
1i
i
o
β1
51,5L
C
23
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
LONGITUD DEL CICLO DE SEMAFOROS
24. VEHÍCULOS EQUIVALENTES
La existencia de vehículos pesados y movimientos hacia la izquierda y hacia la
derecha hace necesario introducir factores de ajustes, convirtiendo estos vehículos y
estos movimientos en vehículos equivalentes, para tener un parámetro de medición
igual.
El tipo de vehículo ya sea ligero, pesado o comercial más la dirección de su
movimiento ya sea de frente, hacia la izquierda o hacia la derecha hicieron necesario el
uso de factores de equivalencia.
1EP1EP1EP100
100
f
RRBBCC
vp
Donde:
fvp = Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados
PC = Porcentaje de camiones
PB = Porcentaje de autobuses
PR = Porcentaje de vehículos recreativos
EC = Automóviles equivalentes a un camión
EB = Automóviles equivalentes a un autobús
ER = Automóviles equivalentes a un vehículo recreativo
24
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
25. Donde:
qADE = Flujos de automóviles directos equivalentes
Ev =Automóviles directos equivalentes (ver tabla)
VHMD = Volumen horario de máxima demanda
FHMD = Factor de hora de máxima demanda
fvp = Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados
25
v
vp
ADE E
f
1
FHMD
VHMD
q
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
26. Valores para factores de vehículos equivalentes
AUTOMOVILES
EQUIVALENTES
VALOR OBSERVACION
EC, EB 1,4 a 1,6
Valores comúnmente utilizados, sin embargo,
pueden ser mayores.
EC, EB 1,5
Para accesos con pendientes cercanos al 0%
con predominio de camiones livianos o medianos.
EV 1,4 a 1,6 Para vueltas hacia la izquierda.
EV 1 a 1,4 Para vueltas hacia la derecha.
FHMD 0,95
Para proyecto y diseño de planes de tiempos del
Semáforo.
26
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
27. FLUJO DE SATURACIÓN Y TIEMPO PERDIDO
Cuando el semáforo cambia a verde, el paso de los vehículos que
cruzan la línea de alto, se incrementa rápidamente a una tasa
llamada flujo de saturación. La cual permanece constante hasta
que la fila de vehículos se disipa o hasta que termina el verde.
La tasa de vehículos es menor durante los primeros segundos,
mientras los vehículos aceleran hasta alcanzar una velocidad de
marcha normal.
EL FLUJO DE SATURACION ES LA TASA MAXIMA DE VEHICULOS
QUE CRUZAN LA LINEA, CUANDO EXISTEN FILAS Y ESTAS AUN
PERSISTEN HASTA EL FINAL DEL PERIODO VERDE.
EL HCM 2000 DEFINE UN FLUJO DE 1800 VPHPC
27
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
28. actual
flujo
Curva de
Verde
Rojo
Amarillo
Todo RojoAmarillo
en conflicto
el movimiento
Fase para
el movimiento
Fase para
la fase
Termina
fe
f'e'
y G
b
ga
TIEMPO
y ganancia
Demora final
Tiempo de verdeEntreverde
inicial
Pérdida
efectivo
flujo
Curva de
Tiempo verde efectivoDemora inicial
saturación,s
Flujode
VERDESATURADO
COLAENUNPERIODODE
TASADEDESCARGADELA
28
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
FLUJO DE SATURACIÓN Y TIEMPO PERDIDO
29. Del diagrama anterior, se puede deducir:
Tiempo perdido por ciclo = Σ (Ai + TRi)
Donde :
A = intervalo amarrillo en segundos
TR = intervalo todo rojo en segundos
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS 29
TIEMPO TOTAL PERDIDO POR CICLO
30. ASIGNACION DE TIEMPOS VERDES
Donde:
gT = Tiempo verde efectivo total por ciclo disponible para todos los accesos.
C = Longitud actual del ciclo (redondeando C0 a los 5 segundos mas próximo).
Tiempo Verde Efectivo Total (gT):
30
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
TRiAiLCgT
31. Donde:
βi = Máximo valor de la relación entre el flujo actual y el flujo de saturación
para el acceso o movimiento o carril critico de cada fase “i”.
φ = Número de fases.
T
1i
i
i
i g
β
β
g
31
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
iiii AlgG
32. Ejemplo 1
La velocidad de aproximación de los vehículos a uno de los
accesos de una intersección es de 60 Km/h.
La longitud promedio de los vehículos es de 6,10 metros y el ancho
de la intersección es de 24 metros.
Determinar la longitud del intervalo de cambio de fase.
32
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
Datos:
L = 6,10 m
W = 24 m
v = 60 km/h (velocidad de aproximación)
Valores supuestos:
Para el tiempo de percepción-reacción “t”, t = 1s.
Para la tasa de deceleración “a”, a = 3,05 m/s2
34. Solución:
Determinar el intercambio “y” de fase
m/s16,67
s3600
h1
x
km1
m1000
xkm/h60v
v
LW
2a
v
ty
1,83,7
16,67
6,1024
3,052
16,67v
1y
s624y
Nota: El intervalo de fase es de 6 segundos, compuesto por 4 segundos de amarillo y 2
segundos de todo rojo. Valores muy usuales en este tipo de intersecciones
34
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
35. Ejemplo 2
En la figura se muestran los volúmenes horarios mixtos en la intersección.
Suponiendo que el flujo de saturación característico en la intersección es
de 1800 automóviles directos equivalentes por hora de luz verde por carril,
en todos los accesos el porcentaje de camiones y autobuses es 5% y 10%
respectivamente, finalmente el FHMD es de 0,95.
Determinar el reparto de los tiempos del semáforo utilizando un
plan de dos fases con vueltas a la izquierda permitidas (estas
vueltas no serán protegidas debido a sus bajos volúmenes).
La fase 1 maneja el sentido Este-Oeste y viceversa (EO-OE) y la fase 2 el
sentido Norte-Sud y viceversa (NV-SN). Las velocidades de aproximación
de EO-OE y de NS-SN son 50 km/h y 40km/h respectivamente.
35
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
36. VOLUMENES HORARIOS DE MAXIMA DEMANDA
VOLUMENES HORARIOS MIXTOS ACTUALES
O
S
E
N
3.63.63.0
440
358
328
509
449
2242
376
36
322
302
26
16
433
474
35
18
235
12
265
3.5
3.5
7.0
3.0
FASE 2
FASE 1
36
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
37. Datos:
s = 1800 automóviles directos equivalentes (tasa máxima de vehículos que
cruzan la línea de ALTO)
PC = 5 %
PB = 10 %
FHMD = 0,95
EC = EB = 1,5 (ver tabla Nº 7.1)
EVIzq = 1,6 automóviles directos equivalentes (ver tabla Nº 7.1)
EVDer = 1,4 automóviles directos equivalentes (ver tabla Nº 7.1)
Velocidad de aproximación: vEO-OE = 50 km/h
vNS-SN = 40 km/h
Número de fases, φ = 2
37
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
38. Solución
1º PASO. Determinar el factor de ajuste por efecto de vehículos pesados
2º PASO. Determinar los factores por movimientos de vuelta.(ver tabla )
Ev izquierda = 1,6 ADE
Ev derecha = 1,4 ADE
3º PASO. Flujos de automóviles directos equivalentes (ADE).
Acceso Norte-Sud:
Movimiento directo.
011,51011,55100
100
1EP1EP1EP100
100
f
RRBBCC
vp
0,93fvp
0,93
1
0,95
235
f
1
FHMD
VHMD
q
vp
D
D
ADE/h266qD
38
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
39. Vuelta a la izquierda.
1,6
0,93
1
0,95
18
E
f
1
FHMD
VHMD
q VIzq
vp
VIzq
VIzq
Vuelta a la derecha
ADE/h33qVIzq
1,4
0,93
1
0,95
12
E
f
1
FHMD
VHMD
q VDer
vp
VDer
VDer
ADE/h19qVDer
Por lo tanto el flujo equivalente en el acceso Norte-Sud será
1933266qqqq VDerVIzqDT
ADE/h318qT
39
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
41. N
AUTOMOVILES DIRECTOS EQUIVALENTES POR HORA
3.0
7.0
3.5
3.5
266
490
29
47
342
364
57
426
76 35
519
389
421
536
3.0 3.6 3.6
318
19 33
55
537
592
E
S
O
41
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
42. 4º PASO. Cálculo de la longitud de los intervalos de cambio para cada fase
L = 6,1 m ; t = 1 s ; a = 3,05 m/s2
Fase 1 (accesos Este y Oeste):
Ancho efectivo = W = 3 + 3,6 + 3,6 = 10,2 m
Sabemos que para el acceso EO-OE la velocidad es
Amarillo = A1 = 3 s.
Todo Rojo = TR1 = 1 s.
m/s13,89
s3600
h1
x
km1
m1000
xkm/h50v
13,89
6,110,20
3,052
13,89
1
v
LW
2a
v
ty1
s413y1
42
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
43. Fase 2 (accesos Norte y Sud):
Ancho efectivo = W = 3 + 7 + 3,5 + 3,5 = 17 m
Sabemos que para el acceso NS-SN la velocidad es
Amarillo = A2 = 3 s.
Todo Rojo = TR2 = 2 s.
11,11m/s
3600s
1h
x
1km
1000m
xkm/h40v
11,11
6,117
3,052
11,11
1
v
LW
2a
v
ty2
s523y2
43
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
44. 5º PASO. Tiempo perdido por fase.(li).
6º PASO. Tiempo total perdido por ciclo (L)
ii Al
s3Al 11
s3Al 22
2121
2
1i
i
2
1i
i
1i
i
1i
i TRTRllTRlTRlL
s92)(13)(3L
44
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
45. 7º PASO. Máximas relaciones de flujo actual (q) a flujo de saturación
(s) por carril para cada fase “i”.
q1 máx. = Flujo critico o máximo por carril de la fase “1”.
q2 máx. = Flujo critico o máximo por carril de la fase “2”.
8º PASO. Cálculo de la longitud del ciclo óptimo (Co) según Webster.
s
q
β imax
i
0,329
1800
592
s
q
β 1max
1
0,298
1800
537
s
q
β 2max
2
0,298)(0,3291
591,5
)β(β1
51,5L
β1
51,5L
β1
51,5L
C
21
2
1i
i
1i
i
o s49,6Co
s50C
45
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
46. 9º PASO. Tiempo verde efectivo total (gT)
10º PASO. Reparto de los tiempos verdes efectivos (gi).
950LCgT
s41gT
T
1i
i
i
i g
β
β
g
41
0,2980,329
0,329
g
ββ
β
g T
21
1
1
41
0,2980,329
0,298
g
ββ
β
g T
21
2
2
s22g1
s19g2
46
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
47. 11º PASO. Determinación de los tiempos verdes reales.(Gi).
iiii AlgG
3322AlgG 1111
3319AlgG 2222
s22G1
s19G2
47
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS
48. 12º PASO. Diagrama de tiempos en dos fases
2
TR
1
5045
RojoVerdeRojo
2222
R
48260
5025220
111
Fase 2
Fase 1
AG
Verde Rojo
R
TR
R G A
C = 50 s
Amarillo
Amarillo
48
DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE
SEMAFOROS