Para empezar, se har un breve repaso en la escala del tiempo para darnos cuenta de cmo el vehculo, que actualmente satura l

13.1GENERALIDADES

Los semforos son dispositivos electromagnticos y electrnicos proyectados especficamente para facilitar el control del trnsito de vehculos y peatones, mediante indicaciones visuales de luces de colores universalmente aceptados, como lo son el verde, el amarillo y el rojo. Su finalidad principal es la de permitir el paso, alternadamente, a las corrientes de trnsito que se cruzan, permitiendo el uso ordenado y seguro del espacio disponible.

Originalmente, los primeros semforos, instalados en Londres en 1868, fueron accionados a mano y slo constituan una extensin mecnica del brazo del agente de trnsito. El primer semforo elctrico instalado en los Estados Unidos tuvo lugar en 1914 en Cleveland, y en 1917 en Salt Lake City se introduce la interconexin de semforos. En Mxico, en 1924; se instalaron los primeros semforos mecnicos constituidos por un tubo con dos letreros en forma de cruz, que decan Adelante y Alto, y en 1932 fueron puestos al servicio los primeros semforos elctricos[1]. De estos primeros semforos, ahora piezas de museos, se ha llegado en la actualidad al uso de verdaderos cerebros electrnicos.

A medida que pasa el tiempo, el congestionamiento y los accidentes aumentan, por lo que para su atenuacin, el uso de semforos ha alcanzado un notable desarrollo. Actualmente no se puede suponer, en las grandes ciudades del mundo, que el control del trnsito no se realice con los sistemas ms avanzados de semforos, incluyendo la coordinacin computarizada y la incorporacin de detectores automticos de vehculos, que dependiendo de su variacin hacen que cambie en forma dinmica y continua el tiempo asignado a cada acceso de las intersecciones. Esto ha permitido el establecimiento de estrategias para el control del trnsito a lo largo de las diferentes horas del da a travs de programas especficos para periodos de mxima y mnima demanda[1].

13.2VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Si la instalacin y operacin de los semforos es correcta, stos podrn aportar diversas ventajas. En cambio, si uno o ms semforos son deficientes, servirn para entorpecer el trnsito, tanto de vehculos como de peatones. Es muy importante que antes de seleccionar y poner a funcionar un semforo, se efecte un estudio completo de las condiciones de la interseccin y del trnsito y, se cumpla con los requisitos que la experiencia ha fijado. Tambin es importante que despus que el sistema de semforos empiece a funcionar, se compruebe que ste responde a las necesidades del trnsito y, en su caso, que se hagan los ajustes pertinentes.

Un semforo o un sistema de semforos, que opere correctamente, tendr una o ms de las siguientes:

VENTAJAS

Ordenada la circulacin del trnsito y, en muchos casos, mediante una asignacin apropiada del derecho al uso de la interseccin, optimiza la capacidad de las calles. Reduce la frecuencia de cierto tipo de accidentes. Con espaciamientos favorables, se pueden sincronizar para mantener una circulacin continua, o casi continua, a una velocidad constante en una ruta determinada. En algunos casos, esa velocidad constante es conveniente reducirla para fines de seguridad. Permiten interrumpir peridicamente los volmenes de trnsito intensos de una arteria, para conceder el paso de vehculos y peatones de las vas transversales. En la mayora de los casos representan una economa considerable por su mayor habilidad en el control del trnsito con respecto a la utilizacin de otras formas de control, como por ejemplo seales o policas de trnsito.

Cuando el proyecto o la operacin de un semforo o sistema de semforos es deficiente, ya sea por falta de elementos de juicio, o bien porque se ha abusado de los semforos como una panacea para resolver todos los problemas, pueden presentarse una o varias de las siguientes:

DESVENTAJAS

Se incurre en gastos no justificados para soluciones que podan haberse resuelto solamente con seales o en otra forma econmica. Causan demoras injustificadas a cierto nmero de usuarios, especialmente tratndose de volmenes de trnsito pequeos, al causar retardos molestos por excesiva duracin de la luz roja o del tiempo total del ciclo. Producen reaccin desfavorable en el pblico, con la consiguiente falta de respeto hacia ellos o hacia las autoridades. Incrementan en el nmero de accidentes del tipo alcance, por cambios sorpresivos de color. Ocasionan prdidas innecesarias de tiempo en las horas del da, cuando se presentan escasos volmenes de trnsito que no requieren control de semforos. Aumentan la frecuencia o gravedad de ciertos accidentes cuando la conservacin es deficiente, especialmente en casos de focos fundidos o interrupciones del servicio elctrico. En intersecciones rurales, la aparicin intempestiva de un semforo ocasiona accidentes cuando no hay avisos previos adecuados.

13.3NMERO DE LENTES Y CARAS

La lente es la parte de la unidad ptica que por refraccin dirige la luz proveniente de la lmpara y de su reflector en la direccin deseada. Se recomienda que la cara de todo semforo tenga cuando menos tres lentes: rojo, amarillo y verde y cuando ms, cinco lentes: rojo, amarillo, flecha verde de frente (SYMBOL 173 \f "Symbol"), flecha verde izquierda (SYMBOL 172 \f "Symbol") y flecha verde derecha (SYMBOL 174 \f "Symbol"), donde el orden de colocacin es el que se indica. Como excepcin, algunos semforos pueden llevar una o dos lentes solamente cuando se trata de semforos de destello o indicadores de direccin. En semforos con lentes en posicin horizontal se sigue el mismo orden general, excepto que las flechas se deben colocar primero la de vuelta hacia la izquierda, seguida de la hacia el frente y finalmente, la de vuelta hacia la derecha (SYMBOL 172 \f "Symbol"

SYMBOL 173 \f "Symbol"

SYMBOL 174 \f "Symbol"). Las fotografas de las figuras 13.1 y 13.2 ilustran ejemplos de semforos con lentes en posicin horizontal y vertical.Insertar Figura 13.1Figura 13.1 Tipo de montaje horizontal de semforosInsertar Figura 13.2Figura 13.2 Tipo de montaje vertical de semforosLa cara de un semforo es el conjunto de unidades pticas (lente, reflector, lmpara y portalmpara). Se recomiendan dos caras por cada acceso a la interseccin, que pueden complementarse con semforos para peatones. El doble semforo permite ver las indicaciones aunque uno de ellos sea tapado por un vehculo grande, lo mismo que representa un factor de seguridad cuando hay exceso de anuncios luminosos o se funde alguna lmpara. La necesidad de colocar ms de dos semforos por acceso depender de las condiciones locales, tales como nmero de carriles, indicaciones direccionales, isletas para canalizacin, etc. La figura 13.3 muestra algunos casos sobre la ubicacin y nmero de caras de semforos en intersecciones[2].

Insertar Figura 13.3Figura 13.3 Ubicacin de semforos y nmero recomendable de caras

(Fuente: SCT. Manual de Dispositivos para el Control del Trnsito en Calles y Carreteras. Mxico, 1986)13.4SEMFOROS DE TIEMPO FIJO

Los semforos de tiempo fijo se utilizan en intersecciones donde los patrones de trnsito son relativamente estables, o en las que las variaciones de intensidad de la circulacin se pueden adaptar a un programa previsto, sin ocasionar demoras o congestionamientos excesivos.

Los controles de tiempo fijo, se adaptan especialmente a intersecciones en las que se desea sincronizar el funcionamiento de los semforos con los de otras instalaciones prximas. Sus principales ventajas son las siguientes:

Facilitan la coordinacin con semforos adyacentes, con ms precisin que en el caso de semforos accionados por el trnsito. No dependen de los detectores, por lo que no se afectan desfavorablemente cuando se impide la circulacin normal de vehculos por los detectores. En general, el costo del equipo de tiempo fijo es menor que el del equipo accionado por el trnsito y su conservacin es ms sencilla.

DULCE: El siguiente prrafo escrito en rojo se debe actualizar de acuerdo a la nueva fotografa tomada: La fotografa de la figura 13.4 ilustra el aspecto de una caja de control de tiempo fijo. Del lado izquierdo se muestra la cartula exterior y el control de fases. Del lado derecho se muestra la disposicin de circuitos y el eje de levas.Insertar Figura 13.4Figura 13.4 Aspecto de una caja de control de tiempo fijo (actualizar ttulo de acuerdo a la fotografa tomada)El control de tiempo fijo sin mecanismo de sincronizacin es aconsejable para intersecciones aisladas de poca importancia y de las que no se prev necesidad de coordinar con otras.

Si se hace necesario variar la duracin del ciclo y su distribucin durante el da, es preferible instalar un control del tipo accionado por el trnsito.

Existe un sistema de control de tiempo fijo con mecanismo de sincronizacin, accionado por un motor, que se usa para intersecciones aisladas cuando se prevea la necesidad de coordinar stas con otros semforos, o que el semforo sea supervisado por un control maestro. Tambin debe ser aceptable la duracin fija del ciclo y de los intervalos, todo el tiempo que dure la operacin del control del trnsito. En algunos casos se puede emplear un control de dos, tres o cuatro programas, para adaptarse con ms flexibilidad a las variaciones del trnsito.

Excepto en intersecciones alejadas, donde la sincronizacin resulte imprctica, o en intersecciones secundarias comprendidas dentro de un sistema coordinado, en cuyo caso puede convenir ms un control accionado por el trnsito[2, 3, 4], los semforos de tiempo fijo se deben instalar slo si se renen uno o ms de los siguientes:REQUISITOS1. Volumen mnimo de vehculos

Aqu la intensidad del trnsito de las vas que se cruzan es la principal justificacin. Se llena este requisito cuando en cualquiera de las ocho horas de un da representativo, se presenten los volmenes mnimos indicados en la tabla 13.1.

Los volmenes para las calles principal y secundaria corresponden a las mismas ocho horas. El sentido del trnsito de mayor volumen en la calle secundaria puede ser para un acceso durante algunas horas y del otro sentido las restantes.Los volmenes a nivel rural pueden ser utilizados, cuando las velocidades en la calle principal exceden los 70 km/h, o en comunidades de menos de 10,000 habitantes[3].Tabla 13.1 Volumen mnimo de vehculos (requisito 1)

Nmero de carriles

de circulacin por accesoVehculos por hora

en la calle principal

(total en ambos accesos)Vehculos por hora en el acceso de mayor volumen de la calle secundaria

(un solo sentido)

Calle principalCalle secundariaUrbanoRuralUrbanoRural

11500350150105

2 ms1600420150105

2 ms2 ms600420200140

12 ms500350200140

2. Interrupcin del trnsito continuo

Se aplica cuando las condiciones de operacin de la calle principal son de tal naturaleza que el trnsito en la calle secundaria sufre demoras, o riesgos excesivos, al entrar o cruzar la calle principal. El requisito se satisface cuando durante cada una de cualesquiera ocho horas de un da representativo, en la calle principal y en el acceso de mayor volumen de la calle secundaria, se tienen los volmenes mnimos indicados en la tabla 13.2 y si la instalacin de semforos no trastorna la circulacin progresiva del trnsito.

Tabla 13.2 Volumen mnimo de vehculos (requisito 2)

Nmero de carriles

de circulacin por accesoVehculos por hora

en la calle principal

(total en ambos accesos)Vehculos por hora en el

acceso de mayor volumen

de la calle secundaria

(un solo sentido)

Calle principalCalle secundariaUrbanoRuralUrbanoRural

117505257553

2 ms19006307553

2 ms2 ms90063010070

12 ms75052510070

Los volmenes para las calles principal y secundaria corresponden a las mismas ocho horas. Durante esas ocho horas, el sentido de circulacin del volumen mayor de la calle secundaria, puede ser en un sentido por unas horas y en el otro por el resto.

Tanto para el requisito 1 como para el requisito 2, los volmenes a nivel rural pueden ser utilizados, cuando la velocidad dentro de la cual circula el 85% del trnsito (velocidad lmite) de la calle principal excede los 70 km/h, o si la interseccin est ubicada en una poblacin de menos de 10,000 habitantes[3].3. Volumen mnimo de peatones

Se satisface este requisito si durante cada una de cualesquiera de las ocho horas de un da representativo se tienen los siguientes volmenes: 600 o ms vehculos por hora en ambos sentidos en la calle principal, o bien 1,000 o ms vehculos por hora si la calle principal tiene camelln; y si durante las mismas ocho horas cruzan 150 o ms peatones por hora, en el cruce de mayor volumen. Este requisito tambin tiene aplicacin en cruces peatonales a mitad de cuadra.El semforo que se instale conforme a este requisito en una interseccin aislada, debe ser del tipo accionado por el trnsito con botn para uso de los peatones.

4. Circulacin progresiva

Este requisito se satisface en calles aisladas de un sentido y en las que los semforos, en caso de haber, estn muy distantes entre s para conservar los vehculos agrupados y a la velocidad deseada, y en el caso de una calle de doble circulacin donde los semforos existentes no permiten el grado deseado de control, agrupamientos, velocidades, etc.

En los sistemas alternos el espaciamiento entre un semforo y los adyacentes, debe estar relacionado con la duracin del ciclo (verde, amarillo y rojo), y con la velocidad de proyecto. No se debe considerar la instalacin de semforos bajo este requisito, si resultan espaciamientos menores de 300 metros.

5. Antecedentes acerca de los accidentes

Este requisito debe ir relacionado con alguno de los anteriores, ya que por s solo no justifica la instalacin de semforos. En muchas ocasiones suceden ms accidentes despus de instalarlos que antes; por tanto, si ninguno de los requisitos, exceptuando el relativo a los accidentes, se satisface, debe presuponerse que no ser necesario instalar el semforo.

Los requisitos relativos a los accidentes se satisfacen: a) Si otros procedimientos menos restrictivos, que se han experimentado satisfactoriamente en otros casos, no han reducido la frecuencia de accidentes; b) Si cinco o ms accidentes hayan ocurrido en los ltimos doce meses, y cuyo tipo sea susceptible de corregirse con semforos y en los que hubo heridos o daos fsicos con valor mayor a treinta veces el salario mnimo vigente; c) Si existen volmenes de peatones y vehculos, no menores del 80% de los que se especifican para los requisitos de los volmenes mnimos; d) Si la instalacin del semforo no desorganiza la circulacin progresiva del trnsito.

Los semforos que se instalen con base en la experiencia de los accidentes deben ser del tipo semiaccionado. Si se instalan en una interseccin aislada, deben ser totalmente accionados.

6. Combinaciones de los requisitos anteriores

Cuando ninguno de los requisitos anteriores se cumplen en un 100%, pero dos o ms se satisfacen en un 80% de los valores indicados para cada uno de ellos, se puede considerar justificada su instalacin. Las decisiones, en estos casos excepcionales, deben basarse en un anlisis completo de todos los factores que intervienen. Antes de instalar semforos de conformidad con el presente requisito, debe estudiarse la conveniencia de emplear otros mtodos que ocasionen menos demoras al trnsito.

El captulo 4C del MUTCD[3] (Manual on Uniform Traffic Control Devices for Streets and Highways), considera tambin criterios adicionales a tener en cuenta en la instalacin de semforos.13.5DISTRIBUCIN DE LOS TIEMPOS DEL

SEMFORO

13.5.1 Trminos bsicos

Ya sea que la distribucin de los tiempos en un semforo se realice por mtodos manuales o por modelacin en computadoras, el ingeniero de trnsito necesita conocer los principios bsicos que la sustentan. En ausencia de ese conocimiento, el ingeniero se ver en una posicin relegada para poder interpretar correctamente los resultados y adaptarlos a las condiciones reales actuales de campo. En particular, la modelacin por computadora, no es ms que un ejercicio de codificacin, un acto de "fe ciega". La ingeniera en lo que se refiere a la seguridad pblica y la conveniencia, requiere mucho ms que esto[5].

En una interseccin, el flujo total de vehculos que llega a cada uno de sus accesos debe ser dividido en diferentes fases de movimiento, en cada una de las cuales se efecta un desplazamiento especfico de vehculos. Ciertos movimientos reciben el derecho al uso del espacio por medio de una seal verde o de siga, mientras que otros son detenidos con una seal de rojo o de alto.

En el anlisis del control de intersecciones con semforos y en los requisitos para la distribucin de sus tiempos, es necesario precisar algunos trminos bsicos o parmetros de tiempo y as evitar posibles confusiones[4, 6]: Indicacin de seal: es el encendido de una de las luces del semforo o una combinacin de varias luces al mismo tiempo. Ciclo o longitud de ciclo: tiempo necesario para que el disco indicador del semforo efecte una revolucin completa. En otras palabras, es el tiempo requerido para una secuencia completa de todas las indicaciones de seal del semforo. Movimiento: maniobra o conjunto de maniobras de un mismo acceso que tienen el derecho de paso simultneamente y forman una misma fila. Intervalo: cualquiera de las diversas divisiones del ciclo, durante la cual no cambian las indicaciones de seal del semforo. Fase: parte del ciclo asignada a cualquier combinacin de uno o ms movimientos que reciben simultneamente el derecho de paso, durante uno o ms intervalos. Es la seleccin y ordenamiento de movimientos simultneos. Una fase puede significar un solo movimiento vehicular, un solo movimiento peatonal, o una combinacin de movimientos vehiculares y peatonales. Una fase comienza con la prdida del derecho de paso de los movimientos que entran en conflicto con los que lo ganan. Un movimiento pierde el derecho de paso en el momento de aparecer la indicacin amarilla. 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 verde: intervalo de derecho de paso durante el cual la indicacin de seal es verde. Intervalo de cambio: tiempo de exposicin de la indicacin amarilla del semforo que sigue al intervalo verde. Es un aviso de precaucin para pasar de una fase a la siguiente. Intervalo de despeje o todo rojo: tiempo de exposicin de una indicacin roja para todo el trnsito que se prepara entrar a la interseccin. Es utilizado en la fase que recibe el derecho de paso despus del amarillo de la fase que lo pierde, con el fin de dar un tiempo adicional que permita a los vehculos, que pierden el derecho de paso, despejar la interseccin antes de que los vehculos, que lo ganan, reciban el verde. Se aplica sobre todo en aquellas intersecciones que sean excesivamente anchas. Tambin puede ser utilizado para crear una fase exclusiva para peatones. Intervalo de cambio de fase: intervalo que puede consistir de solamente un intervalo de cambio amarillo o que puede incluir un intervalo adicional de despeje todo rojo. Tambin se conoce como entreverde o intermedio.13.5.2 Clculo de los tiempos del semforo

Para obtener un mnimo de demoras, cada fase debe incluir el mayor nmero posible de movimientos simultneos. As se lograr admitir un mayor volumen de vehculos en la interseccin. Este debe ser un objetivo permanente que no debe olvidarse.

En general, el nmero de fases diferentes debe reducirse al mnimo, considerando la seguridad y la eficiencia. La seleccin de los movimientos dentro de cada fase debe tender a reducir a un mnimo la frecuencia y gravedad de los puntos de conflicto. Igualmente, la secuencia de las fases debe tratar de reducir las demoras.

Como se mencion anteriormente, una fase comienza con la prdida del derecho de paso, final del verde, de los movimientos que estn en conflicto con los que ganan el derecho. Esto es, la fase comienza con el amarillo que detiene a los movimientos que pierden el derecho de paso y termina con el final del verde de los que lo ganan. Por lo tanto, una fase consta de un intervalo amarillo, uno todo rojo y uno verde. La figura 13.5 muestra una interseccin de cuatro accesos operada con un semforo de dos fases. En ella se observa en forma esquemtica los conceptos de longitud de ciclo, intervalos y fases.

La distribucin de los tiempos en cada fase debe estar en relacin directa con los volmenes de trnsito de los movimientos correspondientes. En otras palabras, la duracin de cada fase y del ciclo depender de la demanda.

Si los intervalos entre los vehculos que entran a una interseccin, durante la hora de mxima demanda, es aproximadamente igual en los carriles crticos de las calles que se interceptan, la subdivisin del tiempo total del ciclo con indicacin de verde, ser aproximadamente correcta si los lapsos correspondientes a cada calle se hacen directamente proporcionales a los volmenes de trnsito en los carriles crticos.

Insertar Figura 13.5Figura 13.5 Fases y diagrama de fases en una interseccin con semforos

A continuacin se presentan de manera general los diversos elementos a tener en cuenta en el clculo de los tiempos del semforo y su reparto en las diferentes fases:

1. Intervalo de cambio de fase

La funcin principal del intervalo de cambio de fase es la de alertar a los usuarios de un cambio en la asignacin del derecho al uso de la interseccin.

Para calcular el intervalo de cambio de fase, que considere el tiempo de percepcin-reaccin del conductor, los requerimientos de la deceleracin y el tiempo necesario de despeje de la interseccin, de acuerdo a la figura 13.6, se puede utilizar la siguiente expresin[4]:

(13.1)

Donde:

=intervalo de cambio de fase, amarillo ms todo rojo (s)

=tiempo de percepcin-reaccin del conductor (usualmente 1.00 s)

=velocidad de aproximacin de los vehculos (m/s)

=tasa de deceleracin (valor usual 3.05 m/s2)

=ancho de la interseccin (m)

=longitud del vehculo (valor tpico 6.10 m)

Insertar Figura 13.6Figura 13.6 Intervalo de cambio de fase

En la ecuacin (13.1) y en la figura 13.6, el trmino representa el tiempo necesario para recorrer la distancia de parada con deceleracin y velocidad , y el trmino es el tiempo para cruzar la interseccin. Los dos primeros trminos, , identifican el intervalo de cambio amarillo y el tercer trmino, , se asocia al intervalo de despeje todo rojo. Con respecto a la velocidad de aproximacin , se utiliza la velocidad lmite prevaleciente o el percentil 85 de la velocidad, .Ejemplo 13.1

La velocidad de aproximacin de los vehculos a uno de los accesos de una interseccin es de 60 km/h. Si la longitud promedio de los vehculos es de 6.10 metros y el ancho de la interseccin es de 24.00 metros, determinar la longitud del intervalo de cambio de fase.

Valores dados de la longitud de los vehculos y del ancho de la interseccin:

Valores supuestos para el tiempo de percepcin-reaccin y para la tasa de deceleracin :

La velocidad de aproximacin en metros por segundo es:

Por lo tanto, de acuerdo a la ecuacin (13.1), el intervalo de cambio de fase, , es:

Redondeando al segundo entero:

Como puede verse el intervalo de cambio de fase es de 6 segundos, compuesto de 4 segundos de amarillo y 2 segundos de todo rojo. Estos valores son muy usuales en este tipo de intersecciones.

2. Longitud del ciclo

F.V. Webster[7] con base en observaciones de campo y simulacin de un amplio rango de condiciones de trnsito, demostr que la demora mnima de todos los vehculos en una interseccin con semforos, se puede obtener para una longitud de ciclo ptimo de:

(13.2)

Donde:

=tiempo ptimo de ciclo (s)

=tiempo total perdido por ciclo (s)

=mximo valor de la relacin entre el flujo actual y el flujo de saturacin para el acceso o movimiento o carril crtico de la fase

=nmero de fases

El intervalo de valores aceptables para la longitud de un ciclo determinado, est entre el 75% y el 150% del ciclo ptimo, para el cual las demoras nunca sern mayores en ms del 10% al 20% de la demora mnima.

3. Vehculos equivalentes

Si todos los vehculos que salen de una interseccin con semforos son automviles que continan de frente, se tendran las tasas mximas de flujo, a intervalos aproximadamente iguales. Sin embargo, en la mayora de los casos la situacin es ms compleja por la presencia de vehculos pesados y movimientos hacia la izquierda y hacia la derecha. Para tener en cuenta estos aspectos, es necesario introducir factores de equivalencia.

El factor de ajuste por efecto de vehculos pesados, se calcula con la siguiente expresin:

(13.3)

Donde:

=factor de ajuste por efecto de vehculos pesados

=porcentaje de camiones en la corriente vehicular

=porcentaje de autobuses en la corriente vehicular

=porcentaje de vehculos recreativos en la corriente vehicular

=automviles equivalentes a un camin

=automviles equivalentes a un autobs

=automviles equivalentes a un vehculo recreativo

Los vehculos pesados o comerciales (camiones y autobuses), por su mayor longitud y menor poder de aceleracin que los automviles, necesitan ms tiempo para despejar la interseccin. Los automviles equivalentes comnmente utilizados tanto para camiones, , como para autobuses, , varan de 1.4 a 1.6, tomndose un valor medio de 1.5 que supone accesos con pendientes cercanas al 0% y predominio de camiones livianos o medianos[8]. Sin embargo, estos valores pueden ser mayores, como lo informa un estudio de trnsito realizado para la Ciudad de Mxico[1], en el que se utilizaron 2.0 automviles equivalentes por un autobs y un camin, respectivamente, y 3.5 automviles equivalentes por un camin con remolque. Para intersecciones, la metodologa del HCM 2000[9] utiliza 2.0 automviles equivalentes para vehculos pesados (camiones y autobuses).Por otra parte, se requiere tener factores por movimientos de vuelta, puesto que en estas maniobras los vehculos generalmente consumen mayor tiempo que los vehculos que siguen de frente. Estos factores, que se utilizan para convertir automviles que dan vuelta a automviles directos equivalentes, , varan de acuerdo a los valores mostrados en la tabla 13.3 para vueltas hacia la izquierda () y en la tabla 13.4 para vueltas hacia la derecha ()[10].

Tabla 13.3 Automviles directos equivalentes para vueltas hacia la izquierda ()Flujo

opuestoNmero de carriles

opuestos

(veh/h)123

01.11.11.1

2002.52.01.8

4005.03.02.5

60010.05.04.0

80013.08.06.0

1,00015.013.010.0

1,20015.015.015.0

Para vueltas a la izquierda protegidas:

(Fuente: Roess, Prassas and Mcshane. Traffic Engineering. 2004.)

Tabla 13.4 Automviles directos equivalentes

para vueltas hacia la derecha ()

Volumen peatonal en el cruce

peatonal en conflicto (peatones/h)Equivalente

Ninguno (0) 1.18

Bajo (50)1.21

Moderado (200)1.32

Alto (400)1.52

Extremo (800)2.14

(Fuente: Roess, Prassas and Mcshane. Traffic Engineering. 2004.)

Igualmente, los volmenes horarios de mxima demanda, , deben ser convertidos a tasas de flujo, , a travs del factor de la hora de mxima demanda, , para el cual, en casos de proyecto y diseo de planes de tiempos del semforo, se sugiere un valor de 0.95.

De esta manera, los volmenes horarios mixtos, , se convierten a flujos de automviles directos equivalentes por hora, , mediante la siguiente expresin:

(13.4)

4. Flujo de saturacin y tiempo perdido

R. Akcelik[11] es el investigador que ms ha estudiado la capacidad de intersecciones con semforos, con base en los conceptos de flujo de saturacin, automviles equivalentes, tiempo perdido y verde efectivo, entre otros.

Cuando el semforo cambia a verde, el paso de los vehculos que cruzan la lnea de ALTO se incrementa rpidamente a una tasa llamada flujo de saturacin , la cual permanece constante hasta que la fila de vehculos se disipa o hasta que termina el verde. La tasa de vehculos que cruzan la lnea al arrancar es menor durante los primeros segundos, mientras los vehculos aceleran hasta alcanzar una velocidad de marcha normal. Similarmente, durante el perodo posterior a la terminacin del verde, la tasa de vehculos que cruzan la lnea es menor debido a que algunos vehculos disminuyen su velocidad o se detienen.

El flujo de saturacin es la tasa mxima de vehculos que cruzan la lnea que puede ser obtenida, cuando existen filas y stas an persisten hasta el final del perodo verde. En este caso, se tiene un perodo de verde completamente saturado. En la Ciudad de Mxico se han encontrado flujos de saturacin del orden de los 1,800 vehculos ligeros por hora de luz verde por carril[1]. La figura 13.7 muestra las relaciones fundamentales que caracterizan este fenmeno[11].

Insertar Figura 13.7Figura 13.7 Modelo bsico del flujo de saturacin

(Fuente: Akcelik R. Traffic Signals: Capacity and Timing Analysis. Research Report ARR No. 123. 1989)

La lnea punteada indica el modelo bsico o curva de flujo efectivo, que reemplaza la curva de flujo actual de vehculos que cruzan la lnea por un rectngulo de igual rea, cuya altura es el flujo de saturacin y cuyo ancho es el tiempo verde efectivo . En otras palabras, el rea bajo la curva, , representa el mximo nmero de vehculos que cruzan la lnea en un ciclo promedio.

El tiempo entre los comienzos de los perodos de verde y verde efectivo , esto es , se considera como una prdida inicial. Igualmente, el tiempo entre los finales de los perodos de verde y verde efectivo, , se considera como una ganancia final. Por lo tanto, el verde efectivo para la fase es:

(13.5)

La demora inicial , se define como la suma del tiempo entreverde o intervalo de cambio de fase y la prdida inicial :

La demora final , se define simplemente como la ganancia final :

Entonces, el tiempo perdido por fase, , es la diferencia entre la demora inicial y la ganancia final:

(13.6)

De la ecuacin (13.5):

Reemplazando en la ecuacin (13.6):

(13.7)

Por lo general, el intervalo de cambio de fase de una fase es igual al intervalo amarillo ms intervalo todo rojo :

Por lo tanto, la ecuacin (13.7) se transforma en:

(13.8)

Si se supone que la prdida inicial es igual a la ganancia final , entonces:

(13.9)

El tiempo total perdido por ciclo es:

(13.10)

5. Asignacin de tiempos verdes

El tiempo verde efectivo total , disponible por ciclo para todos los accesos de la interseccin, est dado por:

(13.11)

Donde:

=tiempo verde efectivo total por ciclo disponible para todos los accesos

=longitud actual del ciclo (redondeando a los 5 segundos ms cercanos)

Para obtener una demora total mnima en la interseccin, el tiempo verde efectivo total debe distribuirse entre las diferentes fases en proporcin a sus valores de , as:

(13.12)

Recurdese que es el valor mximo de la relacin entre el flujo actual y el flujo de saturacin, para el acceso o movimiento o carril crtico de cada fase .

De la ecuacin (13.8), el tiempo verde real para cada fase se obtiene como:

(13.13)

O lo que es lo mismo para fases:

( ( (

13-18

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