MANUAL4_semaforos

8/2/2019 MANUAL4_semaforos

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CAP IT U L 0 IV


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4. - SEMAFOROS

4.1. GENERALIDADES4.1.1. Concertos Basieos

La principal funci6n de un sernatoro en elcontrol de una intersecci6n es el dar el paso a dis-tintos grupos de vehiculos (y peatones). de mane-ra de que estos pasen a traves de la intersecci6ncon un minima de problemas, riesgos y demoras.Los objetivos del disefio de una intersecci6n

controlada por sernaforos pueden resumirse comosigue:

Reducir y prevenir accidentes en la inter-secci6n y su cercania inmediata.

ii Reducir las demoras que sufren peatonesy vehfculos al cruzar la intersecci6n, inclu-yendo evitar el bloqueo de cruces por lar-gas colas.

iii) Reducir el ccnsumo de combustibles en laintersecci6n.iv) Reducir la emisi6n de contaminantes del

aire y otros factores que deterioran el me-dio, como ser ruido.

Los dos prirneros objetivos reciben generalmentela mas alta prioridad en una intersecci6n. Par su-puesto interesa satisfacer estos objetivos con unrninirno de costa en el sistema de somaforos mis-mo.Tiene mucha importancia el adoptar una meto-

dologia rigurosa en el disefio de interseccionescontroladas por sernaforos. Una metodologia uni-forme perrnitira disefiar una intersecci6n quecumpla los objetivos mencionados mas arriba y almismo tiempo asegurarse de que la mayor canti-dad de aspectos relevantes ha sido tomada encuenta.Esta metodologia general puede aplicarse ados

tipos de problemas de disefio:

II

Disefio de una intersecci6n controladapor sernaforos donde en la actualidadexiste otro sistema de control, como serinte rsecci6n prioritaria 0 roto nda.Actualizacion y rnodificacion del disefiode una intersecci6n controlada por serna-foro. La vida util de un disefio en particular depende de:

- la tasa de crecimiento 0 variacion de losflujos vehiculares a peatonales en la interseccion.

- el advenimiento de nuevas tecnologias decontrol, por ejemplo,la integraci6n de unsematoro en un sistema centralizadocontrotado par computador.- Carnbios en el usa del terrene adyacente ala intsrsaccion y 8 1 cambio del riesgo deaccidentes que esto implica. Por ejemplo,el cambio de sector residencial a comer-cial.En el desarrollo del presente Capitulo sedaran a conocer todos aquellas proble-mas inherentes al disefio de sernaforos yla manera de abordarlos, con el propositoque siguiendo posteriormente un es-quema rnetodico se encuentre la mejorsoluci6n a los problemas que se presen-ten.

Tipos de semaforosSe pueden distinguir los siguientes tipos de se-

matoros:Semaforo de tiempo programado fijo, enel cual la secuencia de fases presentadasal transite cambia sequn un programa fijoespecificado externamente por el disefia-dor. Un sernaforo puede tener variosprogramas, los que son activados a dife-rentes horas del dia para adaptarse mejorala demanda.Sematoros regulados a activados por eltransito.en los cuales la duracion de cadafase y a veces su orden depende del tran-sito mismo que usa la intersecciOn. Estademands es identificada mediante detec-tores (neumaticos. lazos de induccion,etc.I. La loqica basics tarnbien es especi-ficada por el disefia dor.Conjunto de sematoros interconectados ycoordinados.En este caso los programas de cada serna-foro son establecidos de antemano por eldisefiador, quien adernas establece la for-ma en que estes obsdeceran a un controlcentral.

iv ) Combinaciones de estos tipos, porejemplo sistemas coordinados que tam-bien pueden responder a la demanda ins-

ii

iii)

tantanea.ColoresLos colores seran ro]o. amarillo y verde. Estan

definidos en la norma N Ch 1437 111-79dellnstitu-to Nacional de Normalizaci6n.

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4.1.2. Hequisitos basicos para la instalaeion de se-maforosLa instalacion de un sernatoro en un cruce de

calles no se justifica en sf misma; solo es valida silos beneficios superan las perdidas 0 costos.Ejemplo, en el estudio de una instalacion de se-

rnatoros donde previamente existia una intersec-cion controlada por regia prioritaria simple (de-recho preferente de paso) se tendran beneficios ycostos.tales como:

Cambio en el nurnero y tipo de accidentes porafio (0 por millen de pasadas de vehlculos}.Este cambio es a menudo una reducci6n deaccidentes pero puede ser ta mbienun aumen-to. En general se produce una reduccion deaccidentes en que los vehfculos chocan a 90.Pero puede haber un aumento de las coli-siones entre vehiculos que viajan en e' mismosentido.En algunos luqares se ha observado que el re-emplazar una rotonda bien disefiada por se-rnaforos aumenta el nurnero de accidentes.Cambio en las demoras a vehiculos, pasajerosy peatones. Si los flujos vehiculares son bajoseste cambia puede ser un aumento de las de-moras. Para flujos altos y un buen disefio, unsematoro deberfa reducir las demoras totales.Heduccion de los costos de control policial dela interseccion si esta 10requiriera. No ocurreella a menudo en Chile. Sin embargo, la pre-sencia de un pollcla de transite tiene ventajassobre un sernatoro en terrninos de la seguri-dad de peatones, el ayudar a los vehlculos queviran y controlar el tra nsito para impedir la for-maci6n de atochamientos.Cambio de los costos de operacion e Indicesde contaminaci6n ambiental generados en laintersecci6n. Estos costos generalmente de-penden mas del nurnero de detenciones quede su duraci6n.Costos de la inversion en sernatoros y loscarnbios en la Infraestructura que se Ie a50-cian,Costo de operaci6n y mantenci6n del ssrnafo-ro y equipo auxiliar.

EI balance de estos costos y beneficios puede(adecuadamente desconectados en el tiempo) serpositivo 0 negativo. Aun mas, dado que el transitevaria a distintas horas del dia y dias en el afio. elbalance puede ser positivo para unas pocas hOrBSde gran demanda y negativo para el resto.Un analisis detallado de estos costos y benefi-

cios requiere de considerable trabajo tecnico, hoyen dia s610 es posible gracias a programas de com-putacion avanzados. Como una manera de reducireste trabajo, distintos parses han adoptado re-quisitos 0 estandares mfnimos para justificar lainstalaci6n de un semMoro.Los requisitos basic os para la instalacion de se-

maforos consideran, entre otros aspectos: volu-men vehicular, volumen peatonal, accidentes,etc.

4.1.2.1. Vnlumencs vehicularcs rcqucridosEste requisito se basa en los flujos vehiculares

que usan la intsrssccion y supone que es posibleidentificar una Arteria Principal y una Arteria Se-cundaria. Los flujos se miden en vehfculos par ho-ra (y no autom6viles equivalentes).

VOLUMEN VEHICULAR MINIMOCUADR04A

]';"0 de pistas po r cada Vnlumen Minim" Veh.r hr.ealzada de ingre", (ramal)Arteria ArteriaPrincipal SeeundariaArteria Arteria en amhas en calzada

Principal Secunrlaria calzadas demavor ingn's()1 1 500 15020 mas 1 600 15020 mas 20 mas 600 2001 20 mas 600 200Nota:En cada una de las 8 horas de mayor demanda de un aia pro-medio.Como se ve,se requiere identificar las S horas de

mayor demanda de un dia promedio. A falta dernavores antecedentes se propane realizarconteos de transite durante las 12 hOrBScompren-didas entre las 07.30 y las 19.30 hrs. Si solo sepueden contar 8 horas, estas deberlan estar entre07.30-10.30 hrs.; 12.30-14.30 hrs.; y 17.00--20.00 hrs. a menos que se cuente con anteceden-tes para identificar otras horas. Como dia prome-dio puede escogerse un martes 0 jueves de losmeses de marzo a noviembre tratando de evitardias feriados 0 sus contiguos, vacaciones escola-res u otros dlas que se aparten de 10 normal. Siexisten razones para estimar que interesan lascondiciones en otros dlas crlticos (por ejemplo sa-bados en areas cornercialesl. tambien deben to-marse conteos en esos periodos.Para un adecuado uso de los datos en el futuroes recomendable mantener los conteos clasifica-dos par tipo de vehiculo, ver Cuadra 4 C1y por pe-dodos no mayo res de 30 minutes (se rscorniendan15 minutos). Conviene combinar esta etapa conuna medici6n de los flujos en las corrientes 0 mo-vimientos identificables en la interseccion (Fig.4.1) .

;_,iT

1 ; =

FIG. 4.1. EJEMPLO DE UN DIAGRAMA DE FA-SES Y PLAN DE UNA INTERSECCION.

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4.1.2.2. Interrupcion de la eontinuidad de flujoEste requisite se aplica cuando los vehfculos

del acceso no prioritario sufren demoras excesi-vas.

VOLUMEN VEHICULAR MINIMO (Vehz'hrlCUADR04 B

N de pistas por cada Arteria Arteriacalzada de ingreso Principal Secundaria

Arteria Aneria Total arnbas En calzadaPrincipal Sec~ndaria calzadas mayor volumer

1 1 750 75Zo rnas 1 900 75Zo rnas 20mas 900 1001 20mas 750 100

NOla:En cada una de las 8 horas de mayor demanda de un dia pro-media.

De acuerdo con este requisite no se trata deminimizar las demoras totales, sino de reducir de-moras inusitadamente largas para los vehfculos dela arteria secunda ria.4.1.2.3. Considcraciones relativas a virajcs

Escomun el caso en el cual parte de los flujosvehiculares de la calzada secundaria que accedena una via principal de doble sentido de transite nola crucen, sino que se incorporan a esta efectuando un viraje. En estos casas los criterios de justifi-cacion se analizaran separadamente para cadauno de los flujos del acceso secundario (rarna demayor volurnenl de la siguiente forma:

EI flujo vehicular que proviene de la calzadasecundaria se comparara con el flujo vehicu-lar sobre la calzada adyacente de la via prin-cipal.EI flujo vehicular que vira a la izquierda 0 si-gue derecho desde la calzada secundaria secornparara con el flujo vehicular de la arteriaprincipal en ambas calzadas.EI sernafnro se considerara justificado si para

cualquiera de los dos casos se cumple algunos delos criterios de justificacion relativos a volurnenesveh iculares.4.1.2.4. Movimiento progresivo

Ocasionalmente es conveniente instalar unsemaforo, que no se justifica de otra manera, paramantener el movimiento progresivo de vehfculos(pelotones 0 grupos) 0 a 10 largo de un corredorde sernaforos coordinados. En sistemas de serna-foros controlados por computador se utiliza elmismo argumento para reernplazar otros tipos decontrol, a menudo rotondas por sernaforos.Se requieren en este caso dos elementos:

un sistema efectivamente coordinado de se-matoros.La existencia de una intersecci6n en condi-ciones de flujo tal que de no instalarse un sernatoro interrumpiria un adecuado avanceprogresivo c.:evehiculos a 10 largo del corre-dor.Cabe destacar que a menudo basta con rnejo-

rar la dernarcacion de prioridad en la interseccionpara preservar el movimiento progresivo sin in-currir en mayores gastos.4.1.2.5. Accidentes

Se ha sefialado que la instalacion de un serna-foro puede reducir accidentes. Pera tambien lainstalacion de sernaforos donde no son necesariospuede hacer que algunos conductores irritadospor dernoras excesivas (y no justificadas) dejen derespetar las sefiales. En este caso ese sernaforomal instalado qenerara mas accidentes, la mayorparte de los cuales ocurrira en otros cruces con se-maforos bien justificados. Un sernaforo deficien-temente mantenido qenerara mas accidentes envez de disminuirlos.

Se requiere entonces bajo este requisito queel riesgo de accidentes en la interseccion sea ma-nifiesto y que hayan ocurrido 50 mas accidentesde cierta consideracion par afio en los ultirnos 3afios.4.1.2.6. Cousidcraciones especiales

Es importante tornar en cuenta que en ciertasocasiones la instalacion de un semMoro puede serinnecesaria, aun cuando alguno de los requisitesarrteriores se cumpla. Esto puede darse en algunode los siguientes casos:

la presencia de sernaforos en intersec-ciones cercanas genera interrupciones en eltransite que permiten el cruce de vehfculosen la arteria secundaria.la presencia de vehiculos lentos puede generar tam bien interrupciones en el transiteprio rita rio.un alto porcentaie de virajes a la izquierdapuede ser atendido mejor si se iristala una ro-tonda de diarnetro pequefio, siempre que elterrene disponible 10 perrnita.En cualquiera de estos casos parece mas con-veniente no instalar sernatoros, sino mejorar la In-

terseccion pri0rita ria 0 d isefiar una rotonda. Lapreocupaci6n primordial debe ser reducir demorasyaccidentes.4.2. Estudios Prelim! narcs

Esta seccion entrega una version resumida delproceso de disefio de sernaforos de una intersec-ci6n. Para este estudio preliminar se entregan va-rias aproximaciones rapidas que son solo acep-tables en un primer esbozo de calculo.

Aspectos mas precisos y detallados para el di-sefio de una interssccion controlada por sernafo-ros se entregan en secciones posteriores,4.2.1. Capacidad de un movirnicnto ()corricntc

Se considers primero 81 caso de un movi-miento que opera durante una fase totalmente sa-turada, es decir, una fase al final de la cual todavia

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quedan vehfculos en la cola que no han podidocruzar la intersecci6n.Se realizan observaciones durante una a masfases de este tipo para un movimiento en particu-lar; estas pueden presentarse en un grMico comoen Fig. 4.2.

I-

II' retardo'IL inicial a ,I verde efectivo v > 1g I" '1'

c~:::l :::l. . . .C


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4.2.2. Flujos de saturacirinEn general es deseable obtener mediante obser-

vaciones los flujos de saturaci6n de cada una delas calzadas de un cruce. Para ello se recomiendael metodo descrito en el anexo D. Si esto no esposible pueden tomarse como base valores conte-nidos en diversos manuales. Estos valores puedendepender del nurnero de pistas, SU ancho, de laexistencia de vehfculos estacionados y peatones,de la localizaci6n de la intersecci6n, de la proper-ci6n de vehfculos que viran a la izquierda/de-recha, gradiente, etc.La influencia de vehfculos pesados 0 lentos

sobre los flujos de saturaci6n se expresa a travssde coeficientes de correcci6n, lIamados "autom6-viles equivalentes". Estos indican el nurnero deautom6viles particulates que producen el mismoefecto que un vehfculo de otro tipo en una inter-secci6n controlada par somaforo. Como se vemas adelante, un autornovil que vira en la inter-secci6n {especial mente a la izquierda) genera masdemoras que uno que sigue directo, Por ello y pa-ra precisar mejor el concepto. este Manual adoptacomo unidad basica para flujos de saturaci6n elAutom6vil Directo Equivalente,ADE (0 vehfculosequivale ntes).Se observa que en la practice el principio de la

fase verde 10 ocupan pocos vehfculos par sequn-do, debido a que ~stos estan acelerando y que al-gunos demaran en partir. Cuando el color amarilloaparece, los vehfculos empiezan a frenar y el flujo(por segundo) disminuve hasta que se hace cero.EI modelo que comunrnente se usa en estos ca-sos es reducir estos fen6menos ados etapas:rojo efectivo, durante el cual ninqun vehiculode la corriente cruza la interseccion,verde efectivo, durante el cual el flujo maximode vehiculos puede cruzar la intersecci6n. Es-te flujo maximo se llama flujo de saturaci6n.

EI modele supone que ninqun vehlculo sale du-rante el perfodo de rojo efectivo y que todos salendurante el perlodo verde efectivo. Se observatam bien en la practica, que par razones de seguri-dad partes del cicio complete de un semMoro noson utilizadas en la descarga de vehlculos. Estaparte se llama tiernpo desaprovechado 0 "tiempoperdido". EI perfodo de verde efectivo correspon-de, para una corriente de transite. a la suma delperlodo verde mas el perfodo amarillo rnenos eitiem po desa provecha do carrespondie nte.

Las equivalencias seran las siguientes:AUTOMOVILES DIRECTDS EQUIVALENTES ej.

CUADRQ 4 C

Tip" de Vehiculo Direeto VirajesAla AlaDerceha Izquierda

Autom6vil, Camioneta(..:500Kgs.)Taxi (ocupado) 1.00 1.25 1.75Taxi sin pasajeros 1.35 1.50 1.75Taxibus 1.65 1.80 2.30Bus, cami6n liviano (10 tons.l 2.00 2.50 3.00Cami6n pesado (? 10tons.) 2.50 3.00 4.00Motocicleta 0.50 0.60 O . B OBicicleta 0.20 0.30 0.50

Si no es posible obtener los flujos de saturaci6nmediante observaciones se proponen las siguientes aproximaciones que dependen del entorno dela intersecci6n.

FLUJOS DE SATURACION BASICOSPOR PISTA Sb

CUADRO 4 DENTORNO Flujo Saturaci6n por

pista en ADEZona centrica. muchospeatones, poca vislbilidad 1.650Zona urbana, pocospeatones, buena visibilidad 1.840Estos valores deben carregirse por el ancho de

la pista considerada (si este es mayor que 3.70 m.o menor que 3.00 rn.), por la pendiente de la calley par la cornposicion de vehiculos y virajes. De es-ta manera se abtiene el flujo de saturaci6n de cadapista en terrnino de vehiculos reales. En otras pa-labras, el flujo de saturaci6n en vehfculos por horaes:S - (f".f/fc) Sb

donde:(422.1)

SSbf "ffqc

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flujo de saturaci6n en vehlculos reales porharaflujo de saturaci6n basico en ADE [hora deCuadro4 D.coeficiente de correcci6n por ancho de pis-ta acaeficiente de correcci6n por pendiente gcoeficiente de correcci6n por cornposiciondel transite.


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Esto se obtiene de:

0.55 + 0.14a1.0

para a-c 3.00 m (minima a(422.2)

2.40)para 3.00 - = a ~ 3.70

0.83 + 0.05a para ae- 3.70 (maximo a

f 9 1 + 0.5 g } 1 o o (422.3)en que la pendiente 9 en % se de-fine como positiva si es cuestaabajo y negativa sf es cuesta arri-ba

f c (422.4)

donde e. se obtiene del Cuadra4 C. Iflujo en veh] hora del tipo jflujo total en veh/ hora

Cabe sefialar que el valor resultante S es el flujode saturaci6n medido en vehfculos reales par horaDE VERDE. Debido ala necesidad de asignar ver-de a diferentes corrientes de vehiculos, la capaci-dad total de una intersecci6n es siempre inferior ala suma de los flujos de saturaci6n de cada calzada(calculados como la suma de los flujos de satura-ci6n de cada corriente).4.2.3. Calculo de cicloPor razones de seguridad es necesario disefiar

cada cambio de fases en un cicio de modo queaquellos vehfculos que se encontraban cruzandola intersecci6n la despejen antes que otro grupode vehfculos (o movimientos) reciba una indica-ci6n verde. Esto se consigue generalmente con unadecuado disefio ia duraci6n del periodo amarillo ycon la introducci6n de un breve periodo en queTODAS las corrientes enfrentan rojo. Este periodoTODD RDJO puede ocurrir para cada cambio defase.Una parte de la duraci6n de cada cicio estaracompuesta per tiempo durante el cual el flujo desaturacion de cada calzada no puede ser utilizado.Este periodo se llama Tiempo perdido total y estacompuesto par la suma de:

ii

EI tiempo durante el cual todas lascorrientes enfrenten un rojo para despejarla intersecci6n. Minima normal es 1 seg.EI tiempo perdido en cada transici6n deverde a raja el que generalmente se esti-ma en 2 seg. Este valar supone una dura-ci6n del amarillo de 3 seg.

4.60)

EI tiempo perdido total par cicio se representapor la letra L. EI tiempo perdido total debe incluirtarnbien la duraci6n de toda fase peatonal en Quelos vehfculos enfrentan luz roja (parte del todo ra-ja).Para cada movimiento es necesario calcular elindicador y (cuociente 0 razon de flujo).y (423.1)

como el volumen (vehicular real por hora) divididopar el flujo de saturaci6n correspondiente (VPHV).Para cada fase se elije el Y maximo como indica-

dar representativo y el indicador total para el se-maforo es:

Y Lfases (423.2)max

es decir,la suma de las razones de flujo representa-tivas de cada fase.EI cicio optima se calcula como

Codonde:

1.5 L + 5 (segundos)_T-V-- (423.3)

C o ciclo 6ptimoEI cicio optirno minimiza las demoras totales pa-

ra las corrientes representativas en cada fase.EI cicio minima (mas cortol esta dado por

C m L (423.4)1 - yExiste cierta flexibilidad en la selecci6n de un

cicio ya Que las demoras totales no cambianmucho dentro del rango 0.75 C a 1.5 C . En gene-ral los ciclos adoptados tienen 0entre 4 8 y 120 se-gundos de duraci6n con una media alrededor de70 - 80 segundos.4.2.4. Capacidad de reservaLa forma mas sencilla de aumentar la capacidad

de una intersecci6n controlada par sernatoros esutilizer un ciclo mas largo. La capacidad maximase en cuentra al uti liza rei c ielo maximo (120 segu n-do). La capacidad practice se estima como el 90%de la maxima y se calcula a partir del valor ycarrespondiente

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y p 0.9 (1-L (424.1)cmax

Otro aspecto importante de una intersecci6n essu capacidad de reserve, es decir, su habilidad pa-ra acomodar flujos crecientes sin Iiegar a la saturacion total del cicio:La capacidad de reserva se puede calcular co-

mo:

c, 0,9---{1y L - 0,9 {424.2J

4.2.5. Duracion de verde

Es necesario considerar la duraci6n de la faseverde para cada movimiento. EI valor deseado deesta duraci6n esta dado aproximadamente por

V Iq. CS j . Y (425.1 )y I Y

V I - Duraci6n de verde para movimiento i (seg.)volumen del movimiento i (VPH)

s.I flujo saturacion (VPHV)C cicio adoptado (seg.)

Por supuesto, cuando varies movimientos com-patten la misma fase, la duracion de esta viene de-terminada par 8 1 maximo de estos valores de-seados.Es necesario tornar en cuenta tarnbien que laaplicacion directa de estas relaciones puede resul-tar en duraciones del verde dernasiado cortas. Laduraci6n de una fase debe por 10 menos permitir elcruce de la calzada par parte de los peatones quetienen derecho de paso en la fase.La duraci6n de la fase tarnbien debe ser corre-gida par los siguientes factores:

producci6n de colas excesivamente largasarreglos especiales para permitir a ciertosvehlculos realizar virajes ala izquierdanecesidades de peatones, ver secci6n 4.8.

4.3. DISEf\JO DEL SISTEMA4.3.1. Sclcccion del Periodo de discnoEI disefio de sematoros debe basarse en la (s)

hera de demanda maxima por medio de los diashabiles (lunes a viernes). Sin embargo un periodocorto de demanda significativamente mayor (por

ejernplo de media hora de max. J puede utilizarsepara el disefio de fases y repartos.Los equipos modern os de control permiten eluso de ciclos y repartos (y a veces tasesl diferen-

tes en distintos perlodos del dla y la semana. Serecomienda que toda nueva instalaci6n contempleal menos 3 planes distintos (hora de demanda ma-xima de la mariana. de la tarde y otra hora cual-quiera). En muchos casos, puede ser deseable eluso de mas de 3 periodos.Es irnportante realizar calculos separados de fa-

ses, repartos y ciclos para los perlodos de deman-da maxima manana, la tarde y un periodo conven-cional que no sea de demanda maxima.

4.3.1.1. Flujos de disenoEI disefio de sernaforos debe basarse en flujos

observados y mediciones en terrenos de flujo desaturaci6n y tiempos perdidos para cada movi-miento. En el caso de ssrnaforos nuevos 0 modifi-caciones a ssrnaforos existentes, el disefio debebasarse en los flujos que se estime existieron en lafecha de su inauguraci6n. Esto requiere estimarestos flujos mediante la aplicaci6n de tasas de ere-cimiento para el periodo comprendido entre lafecha en que los volurnenes vehiculares y peato-nales fueron observados a la fecha estimada de laimplementacion del nuevo disefio. La tasa de cre-cimiento anual de estos flujos dependera de lascondiciones locales, y sera estimada COn mayorprecision en la medida en que la Municipalidadcuente con un sistema de conteos permanentesen la intersecci6n bajo su jurisdicci6n.En ausencia de estos antecedentes se propeneutilizar una tasa de crecimiento de los flujos del10% al ario.En el caso de tasas de crecimiento mayores

conviene usar para el disefio los flujos que se es-peran para 6 meses despues de la implementaci6ndel mismo.

4.3.1.2. Correccioncs v puesta al dia de disenoLos niveles de flujo de una intersecci6n asl co-

mo las caracterfsticas de utilizacion de las pistasno permanecen fijas en el tiempo. Estas caracte-risticas cambian can el tiempo debido al cambiaque experimentan los viajes, la tasa de motorize-cionv el nurnero de habitantes de una ciudad.AlJn mas, la mejora de ctras intersecciones en lascercanfas tarnbien afectara los flujos que fueronutilizados en el disefio de un sernatoro.Es necesario establecer un programa regular depuesta al dfa de los disefios de intersecciones

controladas par sernatoros. Se sugiere que el dise-no de cada interseccion controlada por sernatorosse revise al menos una vez cad a dos aries.De la misma manera vale la pena tener una lista

de intersecciones posibles de ser semaforizadas.Los flujos que la utilizan seran tarnbien puestos aldla reqularrnente (cada 2 afios) para estima r cuan-do se justificara su mejaramiento a rotonda, mini-rotonda 0 semaforc.

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4.3.2. Diseno Ceometrico4.3.2.1. Ancho de las calzadasAunoue no siempre es posible modificar elancho de las calzadas de una intersecci6n centro-'ada por sematoros, vale la pena discutir la influen-cia de las caracterfsticas ffsicas de una intersec-

ci6n sabre su comportamiento y rendimiento. Fig.4.3.EIaumento del ancho de IE'scalzadas en la bocade la intersecci6n mejora su capacidad y permitemejores asignaciones de fases. Para intersec-clones de tipo cruz los anchos 6ptimos vienen da-dos aproximadamente par:

(432.1 )

an cho norrnal deco lzodc de 10 arteria

Par t e o - de las artfofoS~ que" to side enscn ,

chu do

~ ell r vas de tror.sic ionhan sine onitiocs

Fig. 4.3. MODIFICACION DE ARTERIAS ENLAS CERCANIAS DE SEMAFORQdonde:WI Y w2 son los anchos de las calzadas, enmetrosdl Y d2 ellargo del ensanchamiento, en metrosq, Y Q 2 los flujos representativos en vehfculospar hr.v, Y v2 el largo deseable de las fases verdes(seg).la regia puede extenderse a intersecciones mascornplejas.

w, : w2: W3 ,-, d1: d2: d3 = VI: v,: V3 = ~, ~: ~(432.2)

y la misma relaci6n puede adoptarse cuando losflujos no estan perfecta mente balanceados. Debeconsiderarse, sin embargo, que los flujos de la tar-de pueden ser la imagen opuesta de los flujos de lamanana (maximo), tendiendo de esta manera abalan cearse.

4.3.2.2. Espacio para virajes a 1a izquierdaSi la cantidad de vehfculos que desean virar a laizquierda es men or que 250 VP H, estes no requerioran probablemente ninguna disposici6n especial.Es conveniente asegurarse, sin embargo, que es-tos vehfculos tienen espacio suficiente para espe-rar en la intersecci6n hasta que se produzca un es-

pacio adecuado en el flujo opuesto que obstaculi-zaEillviraje.Si el flujo que desea virar a la izquierda es ma-yor, vale la pena considerar un corte prematurodel flujo opuesto, de manera de permitir el despejede la intersecci6n por parte de los vehfculos quedesean virar,Si el flujo es tal que una fase especial se reoquiere para controlar los virajes a la izquierda,puede ser conveniente desfasar ligeramente la li-nea central en cada calzada como muestra la figu-

ra 4.4.

i -+ Cobezot p :r Ir n: :: J. P' "I D .~_ co~~_~~..s~c~~rlo_jI." " ' I

a) via simple b) dobl e viaFig. 4.4. DISENO SUGERIDO PARA SITUA-ClONES CON DOS VIRAJESOPUESTOS A LA IZQUIERDANo es recomendable considerar una fase espe-cial para virajes si no se puede asignar una pistaexclusiva con ese objeto.

4.3.2.3. Virajcs a la dcrcchaSe propone extender en forma experimental elviraje can precauci6n de vehfculos a la derecha a

10 largo de todo el ciclo (incluyendo cuandoenfrentan rojol bajo las siguientes condiciones:que el flujo que vira a la derecha sea menor 0igual a t 50 VPH.que el flujo cruce un flujo peatonal no mayor a150 peatones por hara.que el radio de curvatura en la intersecci6nsea superior a 10 metros, y exista buena visibi-lidad.

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-que el viraje durante el raja sea con precau-cion, equivalente a una serial CEDA EL PASO.

En una primera etapa se escoqsra un nurneroreducido de interseceiones donde esto sea posibley se las sefializara adecuadamente. En 1 0 posiblese proveera una canalizacion adecuada para los vi-rajes a la derecha.Ineluir una sefial fija can la leyenda Autoriza-do Virar Derecha can Luz Roja y Precaucion,

4.3.2.4. Ancho y disposicion de las pistasEIancho de las pistas debe ser de 3.00 metrosaunque se puede aceptar anchos de hasta 2.75 m.en pistas usadas exelusivamente par autornovilesparticulares. Si la proporcion de vehiculos pesa-dos es 10% 0 mas el ancho deseable de las pistases par 10 menos de 3.30 metros.La pista mas cercana a la acera tarnbien debe-ria tener al menos 3.30 metros de ancho para taci-litar su uso a los ciclistas,Es conveniente asignar pistas a diferentes ti-pas de movimiento, e indicar esta asiqnacion me-diante flechas pintadas sobre el pavimento. Estoayu da ra a los conduetores a el8g ir que pista usa r.En esta asiqnacion es deseable tratar de obte-ner una equilibrada utilizacion de las pistas, demodo que la capacidad de la interseccion se apro-veche en su totalidad.Es importante prohibir el estacionamiento detodo vehiculo en las eercanfas de la interseccion,

al menos en los ultirnos 45 metros a cada lado delos ramales de esta. La mismo debe aplicarse al

Si las veredas adyacentesson angostas el minima de2.0 m puede tener que reducirse.pero no debe ser nunca rnenos de 0,75.

Paso peatonal entre 2.6 a5.3m. ancho isleta refugio4.3m. espesor.Cabezal primarioCabezal secundario ~

Fig. 4.5. DISENO BASleO DE INTERSECCION

emplazamier.to de paraderos de locornocion co-lectiva (ninguno a menos de 45 metros de la lineade detencion).Si debido a restricciones fisicas una pistatiene ancho variable en las cercanias de una inter-seccion, considere su ancho efectivo para losefectos del calculo de los flujos de saturacion co-mo el ancho minimo de los ultirnos 30 metros.

4.3.2.5. Uhieacion de los scrnaforosLas caras de un ssrnaforo deben ubicarse enun cabezal sabre un paste especial. En ciertas cir-cunstancias puede ocuparse alqun poste existen-te, pero esto no se recomienda. Para cada calzadahabra par 10 menos un cabezal can la sef ial prima-ria y uno con la secundaria.EI cabezal prima rio se instalara en un paste allado derecho de la calzada y a no mas de 2 metrosde la linea de detencion, y el otro cabezal secun-dario estara ubicado en farma diagonal opuestodel prima rio (probablemente en el mismo paste dela senal primaria del sentido opuesto) (Ver Fig. 4.5y4.6.).EI objeto de la sefial primaria es demarcar cla-ramente la linea de detencion. la que no debe atra-vesarse can raja (y proteger al mismo tiempo el

cruce peatonal). La sefial secundaria refuerza a laprimaria yes mas facilrnents visible a los vehiculosdetenidos en la linea de detencion,

l--------:~L_Segundo sernaforoprirnario(si hay 2 a mas pistas)Linea de parada.

B9


11/43

En aquellos sitios en que no haya indicaci6nespecial para peatones conviene asegurarse queestos tengan buena visibilidad de los colores quepercibe el transite.Esmuy importante asegurarse que la visibili-dad de los cabezales no sea obstruida por la pre-sencia de letreros, postes, vegetaci6n, arboles,etc. Canviene verificar este punto al menos unavez al afio ( en primavera ), como parte delprograma de rnantencion de ssrnaforos . Asi-mismo es necesario asegurarsede que no existanavisos, propaganda ni otros objetos qua.distraiqanal conductor en las cercanfas de los cabezales. Lavisibilidad de un cabezales fundamental.Toda nueva instalaci6n debe seguir la normapropuesta aquf y se sugiere que las instalacionesantiguas se modifiquen en la medida en que seanecesariomodernizar el equipo usado.

i~~IIIIII\\ ~I

.IIII

____. Cabezalprimario------- Cabezalsecundario

Fig. 4.6 LOCALIZACION TIPICA DECABEZALES

4.3.2.6. Configuracion de postes y cabezalesi) Configuraci6n de pastes

La parte inferior de un ssrnaforo mantada enun poste a pedestal debe estar a no menas de 2,4metros y no masde 4 metros del nivel de la acera0de no existir esta. del pavimenta.Si la visibilidad esdeficiente semontara al ca-bezal en una rnensula. bacula a braze largo porsobre las pistas qe circulaci6n. La altura sabre elpavimento de la base del cabezal debera estarcomprendida entre 4,5 y 5,2 metros en estecaso.Can el objeto de evitar el contacto entrevehfculas en mavimiento y los pastes que susten-tan los cabezales. estes se ubicaran de modo quesu parte mas salients a menos de 4,5 metros delpavimento, se encuentre a no menos de 60 cm.del borde de la pista de circulaci6n mas cercana.ii) Cabezalesvehiculares

los cabezalesdestinados al control del traficovehicular tendran una configuraci6n vertical de lu-ces, las que incluiran par 10menos una roja, unaamarilla y una verde, en eseorden desde arriba ha-cia abajo. Enalgunos casos sera canveniente utili-zar una 0 varias flechas verdes para precisar el alos movimientos que tienen derecho preferente depaso. Eneste caso dichas indicacianes se locatiza-ran en forma adyacente a la luz verde, 0 la raern-plazaran cuando todos los movimientos posiblesdesde la respective linea de detenci6n estencantroJados por indicaciones de flecha verde. Lasconfiguraciones recomendadas se indican en la fi-gura 4.7.

Noseaceptara el usa de flechas luminosas deotro color en un cabszal. Se utilizaran dosdiarnetros nominales de los lentes de un cabezal,estos son 200 y 300 mm. can una tolerancia de+ 5 mm. Los lentes de 300 mm. de diarnstro s610seran utilizados para las indicaciones de fJechaverde = sequn dissfio indicado en la figura 4.8- apara proveer en el cabezal vehicular de sefialesreglamentarias iluminadas interiormente y destina-das a seroperadas en determinados horarios a cir-cunstancias. Igualmente podran usarse lentes de300 mm. de diarnetro para indicaciones en inter-secciones con problemas especialescomo interfe-rencia inevitable de avisos u otras fuentes lumino-sas. EI cabezal vehicular sstara provisto de untablero negro de respaldo cuya superficie minimasedefine por los siguientes Ifmites:-300 mm. sobre el centro dellente superior.280 mm. a ambos lados de la linea de eje delcabezal.260 mm. bajo el centro del (los) lente (sl infe-riores.

90


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SIMBOLOS Y CO NFIG UR AC IO NE S D E CA BEZA LE S VE HIC ULA RES

Fig. 4.7

91


13/43

lENTES CON FlECHAS DE300 mm DEDIAMETRO ~12")

.....,.._-------- 300 ----------,~I--- 100 T--t-150

+ ----1- 60150

COTAS EN Mill METROS TOlERANCIAS 10 %

Fig.4.8

92


14/43

En el caso de existir lentes laterales. dichaplaca se extendera 230 rnrn. hacia afuera y arribadel centro de dicho (s) lente (s).

La placa de respaldo estara provista de unborde blanco de 50 mm. 10% de ancho, en lasesquinas tendra un radio exterior de 50mm. y unradio interior de 12.5 mm. EI tablero debera estarlocalizado aproximadamente en el mismo planoque los lentes, y cada lente estara provisto de lacorrespondiente visera.

Los cabezales, al igual que las caras y pastesde los semaforos, deben ser de color negro.iii} Cabezales peatonales

Los cabezales destinados a informar a lospeatones sabre cuando se les concede derecho depaso tendran una confiquraciori vertical de lucessequn se indica en la figura 4.9. No deberan serprovistns de placa de respaldo, pero si tsndranuna visera corta.La fuente de luz para cada lente del sernaforosera una ampolleta del tipo hal6geno de 12 (V). EIcontrolador del sernaforo debera estar provisto de

FIGURA4.9

un dispositivo que disminuya la intensidad lumino-sa de todas las arnpolletas del sernaforo en los ho-rarios de bajo nivel de luminosidad arnbiental.

Dicha funci6n se etectuara disminuyendo elnivel de tensi6n can que esten energizados los ca-bezales del sernaforo a 160 volts (RMS),

AI acercarse a una intersecci6n los conducto-res deberan poder percibir todas las indicacionesde, al menos, dos cabezales vehiculares del serna-foro a una distancia de 80 metros. Cuando ellimitede velocidad sea mayor que 50 Km.1 h. dicha distan-cia sera de 200 metros, todo ella sin la presenciade neblina. En caso que esto no pueda lograrse, lapresencia del sematoro debera ser anunciadausando la serial preventiva correspondiente.

Durante el disefio e instalaci6n de un sernato-ro debera prestarse mucha atancion al evitar laobstruccion de la visibilidad de todos los cabezalespor letreros, avisos, arboles, etc. Igualmente seranecesario retirar avisos y otras indicaciones quedistraigan II conductor 0 puedan interferir canuna adecuada percepci6n de las indicaciones pre-sentadas en los cabezales.

No se aceptaran leyendas (PARE/SIGA, etc.)en ninqun lente de un sernaforo.

3OOmm.

93


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4.4. MOVIMIENTO, FASES Y CICLOSLos prindpios generales descritos en las sec-ciones anteriores pueden usarse directamente enel disefio de intersecciones sencillas, par ejemplode cuatro calzadas, pocos virajes ala izquierda, enlas cuales dos fases son suficientes para acomo-dar todos los movimientos.Es conveniente, sin embargo, contar can lasherramientas de analisis que permiten un estudiomas acabado de intersecdones mas diflciles V quepueden requerir un tratamiento mas especial. Latecnologfa misma de los controladares de sernafo-ros esta cambiando bastante a raiz del usa cre-dente de microprocesadores electronicos. Estosnuevos controladores permiten el disefio de pla-nes de control de ssmaforos mucho mas flexiblespero tarnbien mas complejos que los sistemasconvenciona les.Es importante entonces entender bien comose relacionan los movimientos, fases y ciclos de

un sernaforo. Esto se detalla a conrinuacion:4.4.1. Movimientos

La rnejor manera de identificar un movimien-to 0 corriente es mediante el comportamiento delas colas de vehiculos en cada calzada de la inter-secci6n. Cada grupo de vehiculos que puede ca-racterizarse par su diraccion, usa de pistas V provi-sion de derecho a paso constituve un movimiento.Como puede verse la identificacion de un movi-miento no es independiente del programa de fasesde la intsrseccion.Una fase del sernaforo es aquel periodo du-rante el cual los movimientos que tienen derechode paso no cambian; en otras palabras, duranteuna fase no hay cambios en los colores que pre-senta un sematoro.Los movimientos se describen primariamentede acuerdo con el derecho de paso que les corres-ponde par el diagrama de fases. Un mecanismoadicional para describir movimientos es el siguien-te:

i) el transite que usa una pista exclusive se definecomo un movimiento.Ii) si hay pistas subutilizadas el transite que lasusa constituve un movimiento separado.iii) Se cornbina el transite en aquellas pistas quetienen igual grado de utilizacion (incluvendo pistascompartidas) V se considera que esos flujos cons-tituven un movimiento.

La primers regia (i ) produce un alto numsrode movimientos. Estos pueden reducirse conside-rando la regia (iii) V la limitacion de la regia (ii). Hayuna intarrslacion directa entre la definicion de mo-vimientos V los flujos de saturacion correspon-dientes. Si par alguna razon una pista se en-cuentra suhutilizada (par ejemplo, los automovilis-tas pueden tratar de evitarla para no mezclarsecan autobuses), el flujo de saturaci6n correspon-diente sera menor y par 1 0 tanto el flujo en esa pis-ta no podra combinarse can el de otra pista si-guiendo la regia (iii).4.4.2. Fases

Una fase es un estado de un sernaforo en elcual uno a mas movimientos reciben derecho de

paso. Las fases se definen de manera tal quecuando hay cambio en el derecho de paso (un mo-vimiento se detiene y otro Is) parte In)) hay uncambia de fase. Una fase se identifica par el darderecho de paso al menos a un movimiento alprincipia de ella y el quitar derecho de paso al me-nos a un movimiento al final de la misma.Si un movimiento recibe derecho de paso du-rante mas de una fase, este se llama un movimien-to traslapado. La Fig. 4.10, muestra una intersec-cion sencilla operando en tres fases (A, B, C).Se han identificado en ella 4 movimientos si-guiendo las reglas anteriares. EI movimiento 1 esun movimiento traslapado 0 de traslapo, va querecibe derecho de paso en las fases A v B. E I restoson movimientos sencillos a no - traslapados.Cabe hacer presente que dos de las pistasprovenientes del oeste han sido agrupadas en elmovimiento 1 V las dos pistas provenientes del es-te en el movimiento 3.1 1 71't--~"(. 3 ...c-- 1 j f .1 4 +:\---~~t6

FASE A FASE B FASECI~FiuJo detenidoFlujo permitido

Fig. 4.10. EJ EMPLO DE UN DIAG RAMA DE FA-SES Y PLANTA DE UNA INTERSECCIONUn sistema de fases puede describirse poruna matriz de movimientos V fases, En esta matrizpara cada movimiento se identifica la fase que ini-cia su derecho de paso V la fase que 1 0 termina.Para el ejemplo, Fig. 4.10, esta matriz se presentaen el cuadro.MATRIZ DE FASES Y MOVIMIENTOSCUADRO E

Movimiento Fase de inicio Fase de termino1 A C2 A B3 B C4 C B

9 4


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EI disefio de un sistema de fases depende del di-sefio qeornetrico de la intersecci6n (el nurnsro decalzadas y su relaci6n ffsica) y la cantidad de vira-jes, en especial a la izquierda. E) objetivo del dise-Fio de fases es minimizar accidentes (mediante lareducci6n de problemas entre los movimientos), yrnaximizar la eficiencia operativa de la intersecci6nreduciendo dernoras. colas, detenciones, etc ...Dos tipos de problemas son de importancia en

una intersecci6n: los problemas de cruce y los deentrelace 0 enlace. Los problemas de cruce son engeneral mas peligrosos y deben evitarse en una fa-se. 5610 cuando los virajes a la izquierda son pe-queFios puede aceptarsa la existencia de proble-mas de cruce durante una fase. EI evitar totalmen-te los problemas de cruce en una intersecci6npuede requerir un nurnero demasiado grande defases. y no operar eficientemente en tsrrninos dedemoras. No pueden entregarse reglas rfgidas pa-ra la elirninacion de problemas. EI ingeniero 0 dise-fiador debera usar su juicio y experiencia para es-coger el esquema de fases que mejor combine se-guridad y eficiencia en cada caso.4.4.2.1. VirajesUn aspecto importante del disefio de fases es el

tratamiento que se de a los virajes, ya sea obsta-culizado Igeneralmente a la izquierda 0 a la de-recha con fuerte flujo peatonal cruzado) 0 libres.Las fases que permiten virajes obstaculizados fe-suelven los problemas mediante reglas de priori-dad, por ejemplo, el vehfculo que vira a la izquier-

da cede el paso al vehfculo que viniendo de la cal-zada opuesta sigue derecho.EI permitir virajes obstaculizados en una tase es

una soluci6n eficiente si se utilize cuando los reoquerimientos basicos de capaeidad se satisfacen.Esto ocurre cuando hay suficientes intervalos en elflujo obstaculizador como para permitir los virajes,y hay suficiente espacio para albergar a la cola delos vehfculos que desean virar mientras esperanpara aprovschar estos intervalos. AI mismo tiem-po se requiere que se cumplan algunos requisitosde seguridad basics. como ser suficiente visibili-dad, distancia de cruzamiento aceptable (general-mente no mas de 2 plstas). velocidades razo-nables. Si estas condiciones no se cumplen seranecesario permitir s610 virajes libres y controlar losvirajes problematicos mediante fases especiales.En algunos casos, uri movimiento problernatico

(viraje a la izquierdal puede hacer usa de dos fa-ses. una en que el viraje no esta obstaculizado yotra en que 10esta, Esto puede lograrse en la prac-tica de dos maneras. En el primer caso se da e1 pa-so a los vehfculos que viran antes que al movi-miento que los obstaculizarfa. Esta modalidad deviraje primero 0 viraje adelantado se conoce tam-bien como liberaci6n retrasada, en este caso, rete-rida al movimiento obstaculizador.La segunda opcion consiste en detener el movi-

miento obstaculizador primero y permitir que el vi-raje continue per un tiempo. En este caso.esta se-gunda fase puede lIamarse de detencion adelanta-da 0 viraje atrasado. Ambos sistemas se presentanen Fig. 4.11.

r~1

3- ) viraje adelantado (verde retrasado del movimiento obstaculizadorl

Ab) viraje retrasado Idetenci6n adelantada del movimiento obstaculizador)

----~....--2/

._------1~2

-I iB

MovimientoM ovim iento 0bstacu Iizado

Fig. 4.11. CONFIGURACIONES TRADICIONALES DE FASES PARA VIRAJEADELANTADO Y VIRAJE RETRASADO EN UNA INTERSECCION ENT.Estas dos modalidades tienerr ventajas y desventajas.

9 5


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EI sistema de viraje primero a viraje adelantadopuede no ser eficiente si muchos vehiculos deseanvirar a la izquierda en la fase siguiente y no puedenhacerlo debido a la ausencia de intervalos en elmovimiento obstaculizador. Estos tendran que es-perar casi un cicio completo para poder virar. Canel sistema de viraje atrasado/detenci6n adelanta-

6--"5

da, este problema no se proouce.pero hay un ries-go mayor de accidentes en intersecciones en cruzdonde hay dos virajes opuestos a la izquierda. Eneste case es conveniente detener los dos movi-mientos de giro y permitir s610 los virajes en la fasedetenci6n adelantada. Ver Fig. 4.12. Este es-quema se llama a veces viraje en diamante.

34L.-L-7

8

1 Z

I~ I lLlI! l . . 1 t . _ _ 71T I __j .. - - - - sI I . .i 5 . .II 3 2t A B CFig.4.12. UNA INTERSECCION EN QUE TODOS LOS MO-

VIMIENTOS A LA IZQUIERDA SE CONTROlANSEPARADAMENTE

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4.4.2.2. Prohibicion de virajes ala izquierdaEn general son los virajes a la izquierda los que

generan la mayor cantidad de problemas en unaintersecci6n. Estos problemas son mas graves silos virajes se ven obstaculizados por vehfculos quesiguen derecho en la direcci6n contra ria 0 porpeatones que cruzan la calzada lateral.Normalmente en estos casos se prohlben los vi-

rajes ala izquierda. Sin ernbarqo.es necesario con-siderar ~ue rutas usaran los vehlculos que antesviraban a la izquierda.presentandose los siguientescasos:

No hay alternativa,dado que hay restriccionesa virar a la izquierda en las intersecciones veci-nas y no hay rutas que requieran s610 virajes ala derecha.Las rutas alternativas se basan en virajes a laizquierda en otras intersecciones en cuyo casos610 se ha trasladado el problema sin resol-verlo.Las rutas alternativas se basan en virajes a laderecha. En este caso es probable que lanueva ruta sea bastants mas larga que la ante-rior y por 10 tanto au mente el consumo decombustible y contaminantes.Ademas es probable que pase por zonas resi-denciales las que se vean perjudicadas por elaumento de los flujos (y accidentes).

Para estos casos es recomendable estudiar so-luciones que no prohiban el viraje a la izquierda,tales como:

alargar la duraci6n del ciclo e introducir fase(sl especial (es) para virajesconsiderar el reemplazo del sernatoro por unarotonda de diarnetro pequefio

considsrar un grupo de interseccionesveclnasy modificarlas de modo que se permitan rutasmas razonables.estudiar si es posible ensanchar las calzadas,de modo de aumentar el nurnero de pistas ypermitir la acumulaci6n de vehfculos que de-sean virar en espera de la fase correspondien-t e oEn generalrno conviene prohibir virajes a la

izquierda si la ruta alternativa requiere que elvehfculo pase dos veces por la misma inter-secci6n. Esto ocurre cuando se lieva alvehfculo a realizar un movimiento en el quepasa por la misma intersecci6n primero en unadirecci6n y luego de virar 3 veces a la derechapasa por la intersecci6n_misma.4.4.3. CidosEI cicio de un ssmatoro es la secuencia

completa de sus fases, Una manera util derepresentar un ciclo es mediante un diaqramacomo en la figura 4.13.EI tiempo que transcurre entre el fin del pe-

rlodo verde de una fase y el comienzo del ver-de de la fase siguiente se llama entreverde(E). Este consiste del perfodo ama ri 110y de unperiodo todo rojo.Es costumbre identificar el comienzo y final

de cada fase mediante los tiempos de cambiode Iase . En general,el momenta mas claro adefinir es el fin de una fase cuando un perfodoverde cambia a amarillo. Este tiempo (F) coin-cide necesariamente con el tiempo al cual lafase siguiente comienza (F). EI tiempo entre-verde (E) se define entonces como pertene-ciente a la fase que acabe de comenzar, verFig. 4.14. Si el superindice 1 62 se ornite.sesupone que S8 trata del comicnzo de la faseco rrespo nd iente.

9 7


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Fig. 4.13. DIAGRAMA DE CIClO Y FASES.

C . . - - 1F A h - f 'S - F At ~ v~ V a V r ; ; _ , i : J 1-s 80366 ,20 40 S O 80 1 Tiempo (s)a 'i II

I

8 .~~ ' 7 7~ _ _ - - - - " ! .1 . _ . . _ _ . IVl I.9 2c 9 36 ~(lJE 9-. v,-- I03~ J"i 78 ~r - Q J . _ t _ - - _---yj._

4-- ~-82 104

Fig. 4.14. DIAGRAMA DE TIEMPOS PARA EJEMPLO

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Una fracci6n de un cicio completo notendril ninqun periodo en verde, presentadova sea amarillo 0 todo rojo (en ctras palabrasentreverde). EI tiempo total de entreverde enun ciclo se puede representar por la letra E sinsubindice. Si el verde presentado per una fasei es vesta fase termina en el instante.

(433.11

EI diagrama de ciclo V fase puede construir-se dando arbitrariamente el valor cero al co-mienzo del cambia de fase A.La duraci6n del ciclo esta dada por

C L IE + v) (433.2)es decir, la suma de todos los periodos deentreverde V de verde presentado.

4.4.4. Analisis de un movimientoSe presenta aqui una descripci6n mas detailiada

de los elementos mas lrnportantes de un movi-miento.

Flujo de satu racion V verde efectivoEI modelo basico supone que cuando un pe-

riodo cambia a verde el flujo a traves de la linea dedetenci6n aumenta rapidarnente hasta alcanzar unniveillamado flujo de saturacion S. Este nivel per-manece constante hasta que la cola que afectabaal movimiento correspondiente desaparezca, 0hasta el fin del perfodo verde si la fase se en-contraba saturada. La tasa de partida 0 flujo unita-rio es menor al comienzo del periodo verde va quealgunos vehiculos tardan en acelerar. AI mismotiempo, al final del periodo verde algunos vehicu-los tardan en reaccionar V utilizan parte del ama-rillo y aun rojo.EI flujo de saturaci6n entonces es el maximo flu-jo que puede obtenerse cuando hay una cola. Lafigura 4.15 presenta un periodo verde saturado.

retardo0 inicial o verde efectivo v IIc 0. . . .::J ::JCO 1- :I; \Il

o~ curva de I I~ co Q; deUE t !UIO efectivd/ curve(1,- f lu j o realu.g0 ....0lQ;'-ud LUQ; I f lujoIl >(I) Q;

pe,~~: soturocion su{!SoS l o g inicial ~ retardo ;\inal =~~ I gananciaI finalte' tf 'entreverde verd e presentodoE V IFi tiem~o~ t iernpo delcom 10 F i < cambio dfase InicOJ tcse final

- r ojoamarillo todo rOIOe

c::::J verdeI?ZZZZI omo ri l lo

Fig. 4.15. MODELO BASICO Y DEFINICIONES

Como 10 indica la linea de puntas el modelo basico reemplaza los flujos reales por un flujo equiva-lente. Este corresponds a un roctanoulo cuva altura corresponde al flujo de saturaci6n s. v. del rec-tanqulo correspondiente. ' I

9 9


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EI tiempo que transcurre entre el cornienzo delverde mostrado y el cornienzo del verde efectivo(ee') se llama perdida inicial. EI tiempc que trans-curre entre el fin del verde mostrado y el fin delve rde efectivo se lIama gananci a fi na I (ff"I. De estamanera el verde efectivo para un movimiento esigual al verde mostrado mas la ganancia final ymenos la perdida inicial.

v _ " ' " v _ + ff' - ee'I I (444.1)ii Retrasos iniciales y finalesHay que tener en cuenta que en el disefio de unciclo 6ptimo son los verdes efectivos y no los ver-

des mostrados los que se toman en cuenta. Porsupuesto existe una relaci6n estrecha entre unos yotros y por ello es conveniente discutir su determi-naci6n en funci6n de ciertos puntos de referencia.A esta altura vale la pena tener en cuenta los re-querimientos de sistemas de sernaforos coordina-dos. Por ello se han adoptado definiciones queson compatibles con estos requerimientos y queperrnitiran una transici6n tacll. Las definicionesque siguen se basan en los tiempos de cambio defase F.Se define como retraso inicial (a) a la suma del

entreverde del movimiento y su psrdida inicial(a = = Ej + ee'). Se define como retraso fi-nal a la ganancia final (b ff'). De acuerdocon estas definiciones el comienzo y fin del verdeefectivo vienen dados porF, + a y F2 + b. En general a ~ b de-bido ala importancia del entreverde.

iii) Tiempo desaprovechado de un movimien-to

EI tiempo desaprovechado 0 perdido de un mo-vimiento se define como la diferencia entre losretrasos iniciales y finales.

= a _ - b.I I (444.2)Por ello, el tiempo perdido de un movimiento es

igual al entreverde mas la psrdida inicial menos laganancia final. A menudo puede suponerse que laperdida inicial y la ganancia final son aproximada-mente iguales. En ese caso el tiempo perdido esigual al entreverde correspondiente. Para intersec-

ciones que no son simples es necesario considerarestas ganancias y perdidas explfcitamente. En ge-neral

v + L := V _ + EI I (444.3)I V EntreverdeEI valor del periodo entreverde debe permitir alos vehfculos despejar la intersecci6n. Por ello el

entreverde debe depender del ancho de la inter-secci6n y de la velocidad de los vehfculos que lausan. EI rango normal del entreverde es entre 4 y 8segundos. EI minimo debe estar compuesto de 3segundos de amarillo y 1 de todo rojo.Cuando una intersecci6n requiere un entreverdemayor de 4 segundos este puede alargarse me-diante un amarillo mas largo, un todo rojo mas lar-go 0 una combinaci6n de ambos (hasta un maxi-mo de 8 segundos). EI alargar el perlodo amarillopuede tentar a conductores a continuar y por ellase recomienda que el alargamiento del entreverdese base, desde e1 punto de vista de la seguridad,en alargar fundamentalmente el periodo todo rojo.EI rnlnirno normal de 4 segundos para el entre-

verde es aplicabJe asl:el ancho de la intersecci6n es no mayor a 10metros.si los virajes a la izquierda estan prohibidos 0cuentan con una fase especial.si los peatones no requieren un periodo total-mente libre de vehfculos para cruzar con segu-ridad.

Si alguna de estas condiciones no se cumple, sepuede estudiar el tiempo necesario para despejarla intersecci6n de vehiculos.

Identificar primero los puntos de conflicto po-tencial. Por ejemplo en la Fig. 4.16. interesansola mente la suma de las distancias criticaspara un riesgo de accidente. AI tsrmino delverde mostrado en la direcci6n Este - Oestelas distancias que interesan son AF - SF yCH - DH. Escoger la mayor de estas distan-cias para ese cambio de fase y agragar 1 se-gundo por cada 9 metros en exceso sabre e1minima de 10 metros.

100


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Fig. 4.16.

tNI H-.~I

AL- _

o

ZONA DE PROBLEMAS POTENCIALES DE UN CAMBia DE FASE

Cuando las distancias criticas son muy gran-des (x ~ 30 metros) 0 la velocidad de losvehiculos es poco usual, se pueden usar conlos valores recomendados en parentesis. la si-guiente f6rmula:

E t + 0.5#/d +p . "I' x + 1v . ) (444.4)

t =p tiempo de reacci6n del conductor (1seq.)=velocidad del vehiculo en metros por se-gundos.

=desaceleraci6n del vehiculo (4.6 m/seg.2)1v = longitud tfpica del vehiculo (6 rn.ld

Reemplazando los valores recomendadosE = 1 + 0.03 W + (3.6 x + 21.6)/W (444.5)dondeW velocidad del vehiculo en Km/hr.Por ejemplo:x = 4Om.W = 35 km.{kr.E 1 + 0.03; 35 + (3.6; 40 + 21.6) J 35E 6.8 seg.

Uno ados segundos extra de entreverdepueden ayudar a despejar la intersecci6n devehfculos que tratan de virar ala izquierda.La mejor manera de calcular el perfodo deentreverde es observar el tiempo que re-quieren los vehfculos para despejar la intersec-ci6n cuando hay un cambia de fase.

v Movimientos enticesEn el disef'io de los tiempos de un sernaforo es

importante otorgar a cada movimiento tiempo su-ficiente como para que en promedio toda la de-manda de ese movimiento pueda pasar en cadacicio. Por supuesto, es posible que debido a va-riaciones menores en el tiempo la eola- correspon-diente no pueda ser despejada en un nurnero re-ducido de ciclos,En cada intersecci6n habra ciertos movimientos

que requieren mayor tiempo en las fases corres-pondientes. Estos movimientos se lIaman movi-rnientos crlticos (0 movimientos representatives).Sf cada movimiento critieo recibe suficiente verdeefectivo, entonces todos los movimientos tendransuficiente capacidad y la intersecci6n no estara sa-turada.La identificaci6n de los movimientos crfticos es

mas sencilla si no hay movimientos traslapados(es decir que usen mas de una fase). En este casohabra un movimiento crltieo 0 representativo porfase, y este sera aquel que requiera el tiempo ma-yor en la fase. EI tiempo requerido por movimientocritico viene dado por (v + I.), verde efectivomas tiempo perdido. I ,

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Cuando hay movirnientos traslapados es nece-sario usar un diagrama de busqueda del movi-miento crftico, el cual se describe en el Anexo D.4.4.5. Tiempo perdido de un cicloLa duraci6n de un ciclo puede calcularse como

C = Lcrit (445.1)es decir,la suma de los tiempos requeridos por losmovimientos crfticos. De manera similar el tiempototal perdido por ciclo esta dado porL =L Ii j (445.2)otra vez suma de tiempos perdido por movimientocrftico.Es importante enfatizar que dada la estrategiade disefio adoptada en este Manual, el tiempo per-dido total se refiere a la suma de los tiempos perdi-dos por movimiento crltico, V no necesariamentepor fase (serla tiempo perdido por cambio de fasesi hubiera un movimiento crftico por fase). Porejemplo si en la interseccicn de la Fig. 4.17 losmovimientos crfticos son 1 V 4,el tiempo perdidototal es L = I, + 1 4 (exctuve Eb ) ; alternativa-mente, si los movimientos crfticos son 2, 3 V 4.en-tonces el tiempo perdido totalL = 1 2 + 1 3 + 1 4 in c lu v e todos los entrever-des.La determinaci6n de los movimientos depende-ra de los flujos de cada movimiento V de los flujosde saturaci6n corresponcijente.

FASE C

~&1 4FASE A FASE B

I~

--t Flujo detenido--+Flujo permitido4.17 EJEMPLO DE UN DIAGRAMA DE

FASES Y PLANTA DE UNA INTER-SECCION.

4.4.6. Capacidades y tasas de saturacion4.4.6.1. Cap acid ad de un movimientoLa capacidad de un movimiento depende fun-damentalmente del flujo de saturaci6n correspon-diente s. V de la proporci6n del ciclo que ofreceverde efectivo a ese movimiento. Entonces la ca-

pacidad Qj es:(446.1)

La proporci6n de tiempo de un ciclo que ofreceverde efectivo al movimiento es:(446.2)

V se llama tasa de verde efectivo. Otro indicadorutil en la descripci6n de un movimiento es la tasade flujo del movimiento.

(446.3)donde q. es la demanda 0 flujo correspondiente almovimi~nto en cuesti6n.La tasa 0 grado (x) de saturaci6n del movimien-to es el cuociente entre flujo de lIegada V capaci-dad

x. = q./O. = q. CIs. v. = v . / u .I I' I I I I I I (446.4)La tasa de flujo puede considerarse como unaconstante que representa la demanda, mientrasque la tasa de verde efectivo "u" es un parametrode control que represents la oferta. EIgrado de sa-turaci6n es la tasa que relaciona ambos valores.Esnecesario diseiiar de manera que

Q. z> q. 0 x. ...::::.. para todo rnovirniento iI I Ies decir Sj Vj>, C 0uj>Yj (446.5)Essiempre posible aumentar la capacidad de unmovimiento mediante un aumento de la tasa deverde efectivo que se Ieasigna. Este mejoramiento,sin embargo, requiere disminuir la tasa verde efec-tivo de aquellos movimientos que no tienen de-recho de paso al mismo tiempo .

4.4.6.2. Capacidad de una interseccionSi las tasas de verde efectivo V las tasas de flujose suman para todos los movimientos crfticos se

tendraU = Lu >" ~ V jcrit crit Y (446.6)dondeU =tasa de verde efectivo para la intersecci6nY =tasa de flujo para la intersecciontarnbien U = (C - U/C (446.7)

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EI grado de saturaci6n de la intersecci6n X sedefine como el grado de saturacion maximo entrelos movimientos (criticos) de una interseccion.Una estrategia cornun en el disefio de sernafo-

ros es adoptar el minima grado de saturaci6n po-sible para una intersecc:i6n. Es facil ver que estorequiere adoptar una soluci6n en que los gradosde saturaci6n de cada movimiento crltico soniguales

X3 .............. -r- X (446.8)

EI qrado de saturaci6n de una interseccionpuede calcularse sin necesidad de calcular tiem-pos de verdeX - Y .c ] : - U (446.9)Ya que X se ha definido como el maximo de los

grados de saturaci6n de cada movimiento la con-dicion X.L__ 1 satisface tarnbien la condici6nx"':::" 1 para cada movimiento critico. Si estas con-diciones no S8 cumplen la interseccion se en:contrara sobresaturada y las colas correspondien-tes crsceran cicio tras ciclo . Es obvio que estascondiciones son s610 aceptables par periodos COr-tos y en general no pueden considerarse en unnuevo disef'io.

4.4.6.3. Grado practico de saturacionNo se acosturnbra a disefiar una intersecci6n

can un grado de saturaci6n igual a 1.0 en su cer-cania inmediata. Una intersecci6n en esa situaci6noperara en farma muy inestable. Pequefias va-riaciones en los flujas produciran condiciones desobresatu raci6n. Sobresatu raci6n se oresentarantarnbien si hay situaciones que disminuyen la ca-pacidad del sernatoro, par ejemplo un vehiculo de-tenido por unos minutos, un accidente, etc.Como una manera de evitar estas condiciones

inestables se adopta general mente un grado prac-tico de satu raci6n x entre 0.8 y 0.9pEste Manual recomienda usar un valor

\' = 0.9,siempreque:el periodo de disefio ha sido elegido ade-cuadamente y considera el crecimiento espe-rado de la demanda.S8 plantea poner al dla el disef'io del sernaforodentro del plaza recomendado (2 afios).las caracteristicas de demanda de la hora dedemanda maxima no sean excepcionales. Parejemplo si se sabe que existe un periodo de 20minutos dcntro de dicha hora en que ei flujoes excepcionalmente alto, conviene tomar co-mo norma de diseriq un grado de saturaci6nde 0.85 a aun 0.8.si hay rnuchas hrnitaciones puede usarsex = 0.95, como maximo absoluto para dise-f'i~r en condiciones no saturadas.

4.5. FLUJOS DE SATURACIONLos flujos de saturacion deben medirse en vehi-culos rcales por hora y no autom6viles directos

equivalentes.Se recomienda que los flujos de saturaci6n se

obtengan experimentalmente usando la tecnicadescrita en el anexo D. Si esto no es posible lasecci6n 4.2.2. describe un rnetodo general paraestimar flujos de saturaci6n a partir de valores es-tandar para los Autornoviles Oirectos Equivalentes(ADE) que corresponden a diferentes condicionesde una interseccion, Las recomendaciones de esasecci6n 4.2.2. son aplicables a la gran mayoria delas intersecciones. EI resto de esta secci6n estadestinado a discutir algunas condiciones quepod ria n presenta rse en interseccio nes excep-cionales.4.5.1. Virajcs ohstaculizadosEI cuadro 4 C presents los Autom6viles Direc-

tos Equivalentes (ADE) para virajes e. Estas valo-res son validos como una primera ~proximaci6nen el caso de virajss obstaculizados. Estos virajesse presentan en los siguientes casas:

virajes a la izquierda obstaculizados par vehf-culos que siguen derecho en la direccionopuesta.virajes aIa derecha 0 izquierda obstaculizadospar peatones can derecho de paso.virajes a la izquierda bajo la condici6n vire a iz-quierda can luz roja y sin priaridad.

En cada caso los vehfculos que viran se filtran atraves de los claros en el flujo obstaculizador. Laexistencia de estos claros dependera en general dela existencia del flujo no saturado en el movimien-to obstaculizador.

Pista compartidaEn este caso los vehiculos que viran obs-taculizados cornparten la misma pista conotros vehiculos que no estan obstaculiza-dos. EI nuevo valor e. se calcula deI

e .I0.5 vi._--

Su . v u + nt(451.1 )

donde=Autom6viles Directos Equivalentes= verde efectivo para movimienta obstaculi-zado (Seg.)

= flujo de saturaci6n para el viraje, este seobtiene de la Fig. 4.18 co mo fu ncion delflujo obstaculizador en la parte no satura-da de su movimiento (veh/seg)

- parte no saturada del movimiento obsta-culizador (seg.!. Se abtiene de laecuacion (551.2).

Sll v" =nurnero de vehfculos (por cicio) quepueden virar durante el periodo vu.

e .Iv.Isu

Vu

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C) 0 40.l~. J : : .Q .l. z 0 350urn. r : : : !:J 0 30ro. . . .{/).o0w 0 25m.s :Qiuc 0 28-05~:Je n 015lwu0.3' 010: : :

005

0

~.1 \\"'\ .__J_.' " ~I '"

Ir-, I


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donde (V + E) es la suma de verde mostrado yentreverde para el movimiento obstaculizador.iii) Calculos iterativosLas ecuaciones (451.1) y (451.2) indican que el

flujo de saturaci6n para movimientos obstaculiza-dos depende de la duracion de las fases del serna-foro, las que a su vez dependen de los flujos de sa-turaci6n, incluyendo el del viraje obstaculizado.Esto requiem que el calculo del sernaforo se reali-ce en forma iterativa y por aproximaciones sucesi-vas.5e recomienda que como una primera aproxi-

maci6n se parts suponiendo que ninqun viraje esobstaculizado por otros movimientos. Esto facili-tara un primer calculo de ciclos y fases los que asu vez perrnitiran un calculo de las caracteristicasde los virajes obstaculizados. Este calculo permiti-ra una nueva estimaci6n de ciclos y fases. Los cal-culos deberan repetirse hasta que no se produz-can diferencias rnavores en dos iteraciones sucesi-vas.Si los virajes obstaculizados son una proporci6n

pequefia del movimiento en una pista com partidase puede usar directamente los valores del Cuadra4 C ya que e no variara rnayormente.J4.5.2. Utilizacion de pistasEs posible que no todas las pistas de una calza-

da de pistas multiples esten igualmente bien utili-zadas. La sub-utilizaci6n de una 0 mas pistas tieneimportancia en el calculo de un sernatoro. Es con-veniente tornar medidas para evitar la subutilizaci6n de pistas cuando esto sea posible.En general los conductores escoqeran pistas en

una intersecci6n tomando en cuenta:EI destino 0 salida de la intersecci6n queinteresa al conductor. Esto se refleja en laelecci6n de pistas para viraje 0 paso direc-to.

II La demora que el conductor estime queincurrira si elige una pista en particula r.Esta dependera del largo y cornposicionde la cola (Vehiculos pesados, virajes obs-taculizados) y de la interferencia generadapor vehfculos estacionados, paraderos deltra nspo rte pubIic0, etc.

Es muy irnportante, cuando se sospeche la exis-tencia de sub-utilizaci6n de pistas. el hacer obser-vaciones directas en terreno. La Fig. 4.19. presen-ta algunos casos comunes en que puede producir-se esta sub-utilizaci6n.EI motodo recomendado par este Manual en el

caso de sub-utilizucion de pistas es el describir eltransite asociado a csa pista como un movimientoindependiente. Esto requiere conocer los flujospor pista en la intersecci6n, al menos para el casade la calzada que contiene la pista sub-utilizada.

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a) VIRAJE A LA DERECHA OBSTACULIZADOPOR PEATONES

\. ~arada de busesi i ' .~=-z-\arada de buses)p \ ~__ L_-=_J~c) PARADA DE BUSES EN LAS CERCANIAS DE INTERSECCION

--====--)~-d) PERDIDA DE PISTA EN LA CALZADA DE SALIDA

el PISTA SOLO BUS A LA SALIDA

------,_,)f) PISTA EXCLUSIVA PARA VIRAJES EN LA INTERSECCION SIGUIENTES

Fig. 4.19. VARIOS CASOS EN QUE ES POSIBLE ENCONTRAR SUB-UTILIZACION DEPISTAS.106


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En estas intersecciones el flujo de saturacion delgrupo de pistas sera inicialmente alto para dismi-nuir una vez que la cola de vehfculos acumuladosen la pista corta se haya despejado.Si el espacio para acumular vehlculos en la pista

2~

~ ~ E J TE J ~ 6 ItI0B a I~IB~~ ----D B IIB u

Fig. 4.20.1. COLAS EN SITUACIONDEPISTAS CORTAS.

corta es suficientemente grande, esta disrninuciondel flujo de saturacion puede no ocurrir.

EI modelo idealizado correspondiente al caso enque hay una disrninucion del Ilujo de saturaci6n sepresenta en Fig. 4.20.

5=(51 V,!v) . . S21---- ----- 1--------S2

V 2 V IV

Fig. 4.20.2 FLUJO SATURACION DEPISTAS CORTAS.

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4.5.3. Flujos de-saturacion de pistas cortasUna medida que puede tomarse para aumentar

la capacidad de una intersecci6n es el agregar unapista adicional en una calzada. Esta pista adicionalnormalmente sera corte. par ejemplo para acumu-la r vehf cu los que deseen vi ra r a la izq uierda.La Fig. 4.21 presents alguna de estos casos.

PISTA DE VIRAJE CORTO

VEHICULOS ESTACIONADOS 0 PISTASOLO BUS CON POCO TRANSITO

Fig. 4.21. PI ST AS CORT AS DF:BIDO AGEOMETRIA DE lNTERSECCION

EI numero de vehfculos que pueden acumularseen la pista corta se puede calcular aproximada-mente como:n o (453.1)

R

R (453.2)

R es el largo promedio ocupado por unvehfculo

PeY Pp = son la proporci6n de vehfculos livianos Ypesados, respectivamente.o distancia de pista corta en m.

EI aparte que la pista corta hace al flujo de satu-racion total es:

(453.3)donde v es el verde efectivo correspondiente.EI f lujo de saturaci6n total es entonces:

s = s + sc r (453.4)donde s, es el flujo de saturacion del resto de laspistas.

4.5.4. Bloqueo de-PistasEn algunos casas la cola de una pista adyacente

puede blaquear el uso del largo total de una pista.Dos casos se ilustran en la Fig. 4.22.

'-

PISTA/DE VIRAJES BLOQUEADA PORCOLA DE MOVIMIENTOS DIRECTOS

PISTA DIRECTA BLOQUEADA POR CO-LA DE VIRAJES A LA IZQUIERDA

Fig. 4.22. BLOQUEO DE PISTASEn general los dos casos presentados en Fig.

4.22 pueden tratarse como pistas cortes conside-rando las caracterfsticas particulares de cada si-tuaci6n. Par ejemp!o el largo efectivo de la pistade viraje en el segundo caso se debe calcular co-mo:D = (q,/q) 0' (454.1 )donde0' = largo ffsico de la pista de virajeql = tasa de Ilegada del flujo con vira]eq2 = tasa de lIegada en la pista adyacenteEn ambos casos se puede tratar de modificar li-

geramente las fases de modo de reducir el proble-ma. Por ejemplo, una partida adelantada 0 deten-ci6n retrasada del movimiento que bloquea a lapista en cuesti6n.4.5.5. Otros problemas

Peatones. Si el flujo de peatones es muygrande, puede utilizarse la tecnica usadapara los virajes obstaculizados. En estecaso se recomienda obtener los para-metros crlticos en terreno.Estado del tiempo y hora del dfa. Se haobservado que en condiciones de oscuri-dad los fluios de saturaci6n disminuyenen aproximadamente 100 ADCS por pis-tao Lo mismo ocurre en dfas lIuviosos. Se

ii

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ha observado tam bien que en perlodos depoca demanda los flujos de saturacion sondel orden de 150 ADC rnenos que en pe-rlodos de maxima demanda.

Los valores anteriores se dan a titulo de refe-rencia, siendo recomendable su determinacion pa-ra cada situacion,

4.6. MEDIDAS DE RENDIMIENTO DEL DISENQ

AI disefiar una interseccion controlada por se-rnaforos interesa obtener algunos indicadores 0medidas del rendimiento del mismo. De esa mane-ra puede establecerse que disef'io es mas ade-cuado 0 tiene mejor rendimiento, desde un puntade vista particular. Se ha discutido ya en la sec-cion 4.1.1. los distintos objetivos generales quepueden perseguirse en el disefio de una intersec-cion. En esta seccion se presentan las medidas derendimiento (0 indicadores de comportamiento)mas importantes a emplearse en la evaluacion dedisefios.

La medida que se emplea mas cornunrnenteen el disefio de sernaforos es la demora a vehicu-los y usuarios de los mismos. Esta demora corres-ponde a la diferencia entre el tiempo que tomariaun vehfculo atravesar la interseccion en ausencia deotros vehiculos (sin detenerse) yel tiempo que to-ma atravssarla cuando el semiiforo se encuentraen operacion, En esta forma las dernoras incluyenel efecto del frenado y aceleracion de los vehlculosadernas del tiernpo durante el cual este se en-cuentra detenido. En algunos casos un vehiculopuede disminuir la velocidad y luego aumentarlasin haberse detenido en forma completa. Esta de-mora se llama detenci6n parcial. De 10 contrario,el vehiculo debera sufrir una detencion completa.EI numero de detenciones completas se encuentrageneralmente asociado al consumo de combus-tible y a la ernision de contaminantes (ruidos, con-tarninacion del airel. Consumo de combustibles Vcmisiones contaminantcs son dos indicadores se-cundarios del funcionamiento de una intsrseccioncontrolada por semaforos,

Otro indicador importante (primario) es lalongitud media de las colas generadas en las cal-zadas. Este indicador es importante al menos endos sentidos.

i) Es un indicador de facil verificacion y da unaidea visual del nivel de servicio ofrecido porLin disef'io particular.ii) En casos de alta congestion es necesario ve-rificar que las colas generadas en las arteriasno crezcan tanto que obstaculicen el fun-cionamiento de otras intersecciones cerca-nas.

Por ultimo existen algunos indicadores queforman parte del calculo de los tiempos de un se-rnaforo y que proporcionan una idea basics del ni-vel de servicio ofrecido. Los mas importantes sonla capacidad de reserva y el grado de sa turacion.4.6.1. Demoras

La formula que se usara para la demora deuna corriente es

dondedemora prornedio por vehiculo en la corrien-te (seq.I.

c = duracion del ciclo (seg.)ui = razon de tiempos de verde para esa corriente~il_c

Y i razon de flujo para la corriente (q;!Sj)Xi = grado 0 tasa de saturacion (c qJvi Si)

Esta formula nos entrega una estirnacion dela demora par vehiculo en una corriente. La demo-ra total de todo.s los vehiculos de una corrienteviene dada por(461.2)

La Fig. 4.23 muestra como varia la demoradeun vehfculo con el nivel de flujo de la corrientecorrespondiente. Como puede observarse. las de-moras crecen rapidarnente cuando los flujos seacercan a la capacidad ultima de la corriente.

En qeneral se utiliza la demora media c0rt:J~indicador del comportamiento de una mterseccion.Sin embargo, debido a variaciones de los flujas encortes periodos los usuarios percibiran a vece:; de-moras mayores y menores a esta demora media.

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Ui 60.9 .:;:J, S ; !_c< 1 l>ac.0'i5< 1 lE0,_C.roaE< 1 l0

Flujo saturacion 1800 vphCicio 60 segs.Verde efectivo 30 segs.

Capaeidadultima

900Flujo (vehieulos por hora}

Fig .4.23. CURVA DE DEMORAS CONTRA FLUJO PARA UN MOVIMIENTOEN UNA INTERSECCION TIPICA

4.6.2.Largo de las colasAI igual que las demoras, las colas debencalcularse para las corrientes identificadas en la in-terseccion.EI numero medio de vehieulos en una cola alcomienzo de un perfodo verde puede estimarsecomo.

(462.1 )2

en que:N = largo teo rico de la cola (en vehiculos)ri = c - Vi 0 sea el rojo efectivo a la carriente iq = flujo de la corriente ilveh/seq.ldj = demora promedio al vehiculo de la corrientei.

Esta scuacion esta basada en el supuesto quelos vehfculos se incorporan a la cola en la lineade detencion. En la practica, los vehiculos se unenal final de la cola y par 10 tanto 10 hacen antes queen 462.1. La siguiente ecuacion corrige por eseefectoN' = N1 - (j l v)qp (462.2)en queN' = Total vehfculos al final de la cola (vshlculoslj = espacio en la cola ocupado por un ve-hfculo (tipicamente alrededor de 7 metros)V = velocidad promedio libra en m/r.eg. (a me-nudo 14 m/seg, es decir 50 km/hr. aprox.).De esta manera un valor cornun esIi/v) 0.5

q = flujo vehicular por pista (flujo total del rnovi-p miento 0 corriente dividido por el numsro depistas correspondientes).

Si esta informacion no se encuentra dispo-nible puede usarseN' = 1.1 N (462.3)

como una primera aproximacionA menudo interesa no solo determinar el largomedio de una cola sino tam bien otros largos, quepueden ocurrir en ciertos ciclos. S.e llamara larg?

entice a aquel largo de cola que solo se excederaen una proporcion muy baja de los ciclos. Comouna orirnera aproximacion puede tomarse el largocrltico Nc comoNc = 2 N '

donde(462.4)

N c = largo critico de la colaN'= largo del final de la cola calculado usando lascuacion (462.2)4.6.3. Dernoras a peatones

Las formulas anteriores pueden adaptarse pa-ra calcular demoras a peatones suponiendo queestos tienen flujos de saturacion muy altos.

La demara media por peaton en segundos esd = r2/2cr = rojo efectivo para el peaton (seql.e = duracion del ciclo (seq)

(463.1)

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4.6.4. DetencionesLa proporcion de vehfculos de un rnovrrruento

que debe detenerse al menos una vez viene dadaparh.I 0.9 ( _1-__1- v , (464.1)dandeh.Iu .,Y j =

proporcion de vehfculos que S8 detienen(v;lC) razon de verde efectivorazon de flujo para el movimiento (q; Is;)

EI factor 0.9 corrige para tomar en cuentaaquellos vehfculos que solo sufren una oetencionparcial.Si un cicio no se encuentra saturado, Y no han

quedado vehfculos en la cola de un ciclo anteriorcada vehfculo se detsndra a 1 0 mas una vez. Enese caso h en la f6rmula (464.1) referente tarnbienel numerotpromedio) de detenciones por vehicu-1 0 . Este manual propene estimar el nurnero de de-tenciones por vehiculo directamente de:

factores que relacionan el indicador Econ el movimiento total, las demoras Yparadas.

Estos parametres no han side calibrados aunpara las condiciones chilenas.Es posible simplificar la formula anterior si se su-

pone que el movimiento total T no varia con lostiempos de disefio de un semaforo.En ese caso 10 que interesa es el peso relativo

que debe darss a las detenciones con respecto alas demoras. En general el consumo de combus-tible Y la emisi6n de contaminantes depende masdel nurnero de detenciones que de las demoras.La molestia de los conductores parece estar masrelacionada con la demora que con las deten-clones.Una medida sencilla que toma en cuenta estos

dos efectos esta dada por

P = D + KH (465.2)donde

K

=eficiencia del disefio del sernaforo (veh-h/h)= demora total (veh-h/h) calculada como lasuma de las demoras a cada movimiento me-diante ecuaci6n (461.2).

= nurnero total de detenciones por hora calcu-lada como la suma de los totales de cadamovimiento usando ecuaci6n (464.3)importancia relativa de las detenciones conrespecto a las demoras (generalmente entre10 Y 60, para mas detalle ver la secci6n si-guientel.

PD

h', 1 - u. (464.2),1 - Y ; H

es decir, se ha reemplazado el coeficiente 0.9 por1.0EI nurnero total de detenciones de un rnovi-miento viene dado por

(464.3)donde

H.Ies el volumen del rnovimiento en vehfculospor unidad de tiempoes el nurnero de detenciones por unidad detiempo para el movimiento i

4.6.5. Indicadores secundariosIndicadores secundarios como emisi6n de con-

taminantes 0 consume de combustibles, puedenestimarse utilizando relaciones del tipo:

(465.1)dondeP indicador de interes. par ejemplo (litros

com busti bIe I hora)T Movimiento total calculado como distancia

a recorrer (krn] multiplicado par flujos enveh.j h.

4.7. DETERMINACION DE LA DURACION DELAS INDICACIONESEI disefio de una intersecci6n controlada par se-

matoros requiere seleccionar los siguientes para-metros crfticos de control: duraci6n del ciclo,tiempos de verde (Y entreverdes) y retrasos parasistemas coordinados.La forma tradicional de calcular estos es buscarval ores para las variables de control que minimizanlas demoras totales. La introducci6n de-un indica-dor compuesto P en la secci6n anterior,' permitedisefiar sernatoros que minimicen (aproximada-mente) ese indicador.

En el calculo de los tiempos de un sernatoroes necesario identificar los movimientos criticosde la intsrseccion. Los parametres que interesande estos movimientos 0 corrientes crfticas son eltiempo desaprovechado (0. perdido), la raz6n detiempos verdes u, y la raz6n de flujos Y. La sumade cada uno de estos parametres para todos losmovimientos crfticos de la intersecci6n constitu-yen el tiempo desaprovechado total L. raz6n deverde U y la raz6n de flujo Y.

111


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4.7.1. Cicio optirnoEs posible calcular el ciclo que aproximadamen-

te minimiza un indicador del comportamiento deuna intersecci6n calculado como la suma de losindicadores correspondientes a cada movimientocritico.Por ejemplo, se requiere calcular la duraci6n delciclo que minimiza las demoras a los vehfculos que

usan los movimientos crlticos de una intersecci6n.Si el ciclo es muy largo ciertas colas creceran de-masiado y los vehiculos sufriran una demora exce-siva. Si el cicio es demasiado corto, debido a lasvariaciones de los flujos en el tiempo, varios vehl-culos no oodran despejar la intersecci6n duranteel primer ciclo y tambisn incurriran en darnoras de-masiado largas. EI cicio 6ptimo {con respecto ademoras en los movimientos crtticosl tendra unaduraci6n intermedia entre el ciclo maximo (gene-ralmente 120 segundos) y el ciclo minimo que per-mite satisfacer la demanda existente.En cada cambio de fase hay un tiempo perdido I IY par 10 tanto hay un tiempo total desaprovechado

Len cada ciclo completo, cualquiera sea su lonqi-tud. Este tiernpo desaprovechado corresponde auna perdida de la capacidad ultima de la intersec-cion. Esta perdida de capacidad se minimiza si sereduce el nurnero de ciclos por hora, Por ello, elciclo maximo (120 segundos) tambian maximiza lacapacidad de la intersecci6n (aunque puede pro-ducir dernoras excesivasl,La duraci6n del ciclo que aproximadamente mi-

nimiza las demoras de los movirnientos entices es-ta dado porC o 1.5 L + 51 - Y (471.1 )

En vez de minirnizar demoras se puede quererminimizar un indicador compuesto Pc = D c + KH donde D es la demora total para los cornentesc r:crlticas, H e el nurnero total de detenciones para lasmismas y K es la importancia relativa de las deten-ciones. Se sugiere utilizar la siguiente f6rmula pa-ra calcular el cicio que

Intersecc i6n en cru z ; dos fasesFlujos iguales en cada arteriaFlujo saturaci6n igual 1800 'f'hVerdes efectivos igualesTie mpo perdido L = 10 segu ndosjciclo___ . . .... ___J

1 0 0OJ


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rnlnirniza este indicador.

C'o 0.4 + 0.0 1 k) L + 6~"-'--l-Y (471.2)dondeC' o el ciclo optirno (segundos)L tiempo desaprovechado totalY razon de flujo totalK ponderacion de detenciones

Se sugiere que los siguientes valores para KObjetivoMinimizar consumo de combustiblesMinimizar costos (incluvendo demoras)Minimizar la suma de las colas para losmovimientos crfticos

Valor: K4020

Como la ecuaci6n (471.2) es mayor que laecua ci6n (471. 1) estas no son estricta menteequivalentes para K =0 (Minimizar demoras).Sin embargo, ambas formulas producen practice-mente los rnisrnos cielos 6ptimos para los valoresnormales del resto de los parametres.A un mas, las curvas que muestran la demoratotal contra duracion del ciclo son bastante pla-nas cerca del 6ptimo como se puede ver en laFig.4.24. Esto siqnifica que pueden adoptarseciclos en el ranuo 0.75 C a 1.50 C sin afectar de-~ 0 0masiado las dernoras totales.4.7.2. Cicio practice

Haya menudo algunas ventajas adicionales, enanoptar un cicio ligeramente menor al optima. Es-tas son:

EIciclo Co es solo optima para los movi-mientos crlticos, Presumiblemente losotros movimientos requeririan ciclos mascortos y por 10 tanto sufren demoras ma-vores de 10 estrictamente necesario. Laadopcion de un ciclo mas corto raducirfaeste problema.

ii Si el flujo de saturaci6n decrece duranteuna fase se obtiene un comportamientomejor can un cicio mas corto.

iii) En sistemas coordinados se usa general-mente un ciclo cornun para todas las in-tersecciones. EI adoptar un ciclo largoperjudica el rendimiento de interseccionescon flujos inferiores.

Para ella es conveniente tener otras tecnicascomplementarias que permiten calcular, parejemplo, ciclos menores que tengan caracteristi-cas conocidas.Uno de estos cidos es el cicio minima, calcula-

do comoC en L (472.1)1 - y

Este ciclo es el mas corto que permite satisfacerla demanda.Otro cicio de interes es aquel que asegura que el

grado de saturacion de cada movimiento es infe-rior a un maximo grado de saturaci6n aceptablex . Este ciclo se llama a veces ciclo practice y sec~lcula comocp (472.2)

C cicio practicepL tiempo desaprovechado totalU raz6n de verde para la intersecci6n

U uI-3 0

Debe recordarse que el grado de saturacion deun movimiento viene dado por

(472.3)por 10 tantou _ , (472.4)donde

qj ~ volurnen del movimiento (veh/h)Si = flujo saturacion del movimiento (veh/h)Xi = grado de saturacion (maximo)En general se recomienda adoptar valores de

x" = 0.9, a menos que se sepa que los flujos cre-ceran rapidarnente antes que pueda madificarse eldisefio.4.7.3. Tiernpos de verde

GeneralPara una duraci6n de cicio dado C. el tiempo de

verde total disponible es (C - L), donde L es la su-ma de los tiempos desaprovechados para los mo-vimientos criticos. Este tiempo de verde totalpuede distribuirse a cada movimiento critico comosique:v , C-LU ui (473.1)

donde

ui = razon de verde para el movimiento iU - raz6n de verde para la intersecci6nVi = tiempo efectiva de verde (seg)

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Esta f6rmula puede emplearse para eualquiercaso.exceptua ndo:

movimientos no-crlticos euando hay trasla-pos.euando Vi es menor que el verde minima acep-table (por ejemplo 10 segundosJ

Si se trata de un caso en que todos los movi-mientos criticos tienen igual grado de saturacion.entonces se pueden usar las razones de flujo y. y yen vez de u. y U. Ambas f6rmulas son mas exa~tas,que la relaci6n aproximada sugerida en la seeci6n4.2.5. Se corisidera tarnbisn las neeesidades delpeaton, secci6n 4.8.4.ii Movimientos no-crlticosSi el movimiento critico no era de traslapo el

verde de los movimientos no-criticos sera el mis-mo estimado en 473.1 a menos que ese movimientono-entice tengo un tiempo desaprovechado Ii distin-to. En este ultimo caso.

(vc + I) . Ii (473.2)verde para movimiento no critico (seg)verde para movimiento critieo (seg)tiempos desaprovechados para movi-miento crltico y no-crltico.

Si el movimiento crltico es de traslapo entoncesla repartici6n del verde entre los movimientos no-crlticos correspondientes puede hacerse utilizan-do un seuda sub-cicio C definido como:

Lv, + L i eC c

donde ~ vc es la suma de los verdes para rno-vimientos crtticos traslapados.

C" = (473.3)

f i e es la suma de los tiempos desapro-vechados correspondientes

Habra tambisn en este caso un seudo tiempototal desaprovechado L' = L. Ic CLa reparticion del verde se hara entonees como:

v.I _C _~=--~ _ ' )U' Lli (473.4)

donde

U' Lesuma de razones de verdepara movimientos no trasla-pados.Ue

Es poco probable que se den estas condicionesen una intersecci6n a menos que asta sea muycompleja.iii) Tiempos de verde presentado (real)Las formulas anteriores permiten calcular los

verdes cfcctivos. Sin embargo, el disefiador de unsernaforo debe espeeifiear la duraci6n de la faseque mostrara verde en terminus reales, Para obte-ner estos tiempos es neeesario carregir los tiem-pos efectivos como sigue:

(473.5)

donde:Vi verde efectivo para el movimiento que recibe

verde en esa Fasesolamcntc.tiempo desaprovechado correspondiente.entreverde correspondiente ala fase a

V o ~ verde presentado fase a

4.8. CONSIDERACIONES ESPECIALES

4.8.1. Analisis Simplifi("ado

Las f6rmulas indicadas en la secciori 4.2.pueden usarse como primera aproximaci6n y enaquellos casas que no presentan dificultades; asaber:

bajos flujos peatonalespocos virajes a la izquierdados fasesintersecciones sencitlas (en To cruz)

Con el objeto de realizar calculos aproximados alas siguientes simplifieaciones pueden adoptarseen esos casas:

suponer que todos los tiempos desaprovecha-dos son iguales al entreverde.no considerar la diferencia entre verde presen-tado y verde efectivo.usar el valor promedio para equivalencias devehi culos que viran (obstacu lizad os 0 no

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