coneic vii - semáforos fam presentación

Fernando Amelunge Martínez

Se define como semáforo a los dispositivos

electromagnéticos y electrónicos, que se usan

para facilitar el control de tránsito de vehículos y

peatones, mediante indicaciones visuales de

luces de colores universalmente aceptados,

como son el rojo, amarillo y verde.

Su función principal es la de permitir el paso

alternadamente a las corrientes de tránsito que cruzan,

permitiendo el uso ordenado y seguro del espacio

disponible.

2

Definición de semáforos

DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE

SEMAFOROS

Ventajas de los semáforos

Hacen que el tránsito se desenvuelva de manera ordenada, asignando el derecho de vía a diversos movimientos.

Permiten el flujo de tránsito de calles menores a través de arterias mayores y más congestionadas.

El uso de estos es más eficiente y económico que cualquier método manual.

3


SEMAFOROS

Desventajas del uso de semáforos

Causan demoras excesivas si no se diseñan apropiadamente.

Pueden aumentar la frecuencia de accidentes en intersecciones, en particular alcances por detrás.

La selección del tipo de control para una intersección es un procesoparticular para cada caso. Cada situación es diferente y debe serestudiada detalladamente antes de seleccionar el tipo de controladecuado para ella.

El Manual de Capacidad de Carreteras de EE.UU. (HCM), consideraciertos niveles de trafico para la instalación de semáforos, deacuerdo al detalle siguiente:

5


SEMAFOROS

Selección del tipo de Mecanismo de Control.

Número de Carriles en cada Acceso

Vehículo por

hora en vía

ppal.1

(Total de ambos acceso)

Vehículos por hora

en el acceso de

mayor volumen de

la vía menor.1

(en una sola dirección)

Vía Principal

Vía Secundaria

1 1 500 150

2 ó más 1 600 150

2 ó más 2 ó más 600 200

1 2 ó más 500 200

Cuadro 10.2 Volumen Mínimo de Vehículos, Requisito 1

1. Volumen Mínimo de Vehículos: Se usa cuando el volumen del tránsitoque intercepta es razón principal para considerar la instalación de unsemáforo.

6


SEMAFOROS

2. Interrupción del Flujo Continuo del Tránsito: Se usa cuandoel tránsito en la vía secundaria sufre demoras excesivas o altosriesgos al cruzar la vía principal.

Cuadro 10.3 Volumen Mínimo de Vehículos, Requisito 2

Número de Carriles en

cada Acceso Vehículo por hora en vía

ppal.1

(Total de ambos acceso)

Vehículos por hora en el

acceso de mayor

volumen de la vía

menor.1

(en una sola dirección)Vía PrincipalVía

Secundaria

1 1 750 75

2 ó más 1 900 75

2 ó más 2 ó más 900 100

1 2 ó más 750 100

7


SEMAFOROS

3. Volumen Mínimo de Peatones: Se usa cuando existe unnúmero significativo de peatones que desean cruzar una calle y elvolumen de vehículos de la calle es tal que les impide cruzar lacalle sin demoras excesivas o con altos riesgos.

Vehículos por hora en vía principal

Peatones por hora cruzando la vía principal

Sin Isla Central

Con Isla Central ≥ 1m

600

1000

150

150

Cuadro 10.4.Volumen Mínimo de Peatones, Requisito 3

8


SEMAFOROS

4. Experiencia de Accidentes: Es usada para justificar la instalación de un semáforocuando en un periodo de 12 meses han ocurrido más de cinco (5) accidentes quepuedan ser corregidos con la instalación de un semáforo.

5. Cruces Escolares: Se instala un semáforo cuando en un estudio de la frecuencia debrechas adecuadas en el flujo de vehículos, relacionadas con el número y tamaño de losgrupos de niños cruzando las calles, es menor al número de minutos que dura el estudio

6. Progresión: Se justifica la instalación de un semáforo cuando es necesario mantenerlas agrupaciones y velocidades de vehículos apropiadas para obtener flujo continuo devehículos en una calle. Idealmente, no se deben instalar semáforos a menos de 300 mtsentre uno y otro.

7. Sistemas: Se justifica la instalación de un semáforo cuando la intersección común dedos rutas principales tienen un volumen existente de 800 vph durante las horas pico decualquier día típico de la semana o en cada una de cinco horas en un sábado o domingo.

9


SEMAFOROS

Componentes del semáforo

SIGA

PRECAUCION

PARE

REFLECTOR

LENTE

10


SEMAFOROS


SEMAFOROS 11

Tipos de semáforo

1. Semáforos de Tiempos Fijos.

2. Semáforos Accionados por el Tráfico.

3. Semáforos con Control Centralizado

mediante un puesto de control.

12DISEÑO, FASES Y TIEMPO DE

SEMAFOROS

1. Semáforos de tiempo fijo

Se utilizan en intersecciones donde el flujo de

tránsito no presentan variaciones importantes

en el tiempo, y que no ocasionen demoras o

congestionamientos excesivos.

Por su sencillez este tipo de semáforos ha sido hasta ahora el mas

utilizado en nuestras zonas urbanas, especialmente cuando se

emplean varios semáforos próximos entre si. Es amplio uso en la

ciudad de Santa Cruz

13

2. Semáforos accionados por el tráfico

Estos semáforos reciben información del número de vehículos que llegan por los accesos a través de detectores que se instalan en dichos accesos.

Teniendo en cuenta las intensidades de tráfico el regulador del semáforo decide si debe o no cambiar la fase.

Existen limitaciones de duración máxima y mínima de cada fase para evitar largas esperas, estas duraciones se adaptan automáticamente a las variaciones del tráfico a través del regulador. Los semáforos accionados por el tráfico son ideales para intersecciones en carreteras.

14


SEMAFOROS

3. Semáforos con control centralizado

Este tipo de semáforos reciben órdenes de un ordenador central, que es el encargado de controlar todos los semáforos de una zona.

Este ordenador recibe información del tráfico por medio de detectores colocados en lugares estratégicos y decide lo que conviene realizar en cada momento.

Estos semáforos son utilizados en grandes zonas urbanas.

15


SEMAFOROS

CALCULO DE LOS TIEMPOS DEL SEMAFORO

TERMINOS BASICOS


SEMAFOROS 16

Indicación de señal: Se refiere al encendido de una delas luces del semáforo o una combinación de variasluces al mismo tiempo.

Ciclo o Longitud de ciclo: Tiempo necesario para queel semáforo efectúe una revolución completa osecuencia completa de todas las indicaciones de señaldel semáforo.

Movimiento: Maniobra o conjunto de maniobras de unmismo acceso que tienen el derecho de pasosimultáneamente y forman una misma fila.

TERMINOS BASICOS

Intervalo: Cualquiera de las diversas divisiones del ciclo, durante la cual no cambian las indicaciones de señal del semáforo.

Fase: Es parte del ciclo asignada a cualquier combinación de uno o mas movimientos que reciben simultáneamente el derecho de paso, durante uno o mas intervalos. Es la selección y ordenamiento de movimientos simultáneos.

Una fase puede significar un solo movimiento vehicular, un solo movimiento peatonal, o una combinación de movimientos vehiculares y peatonales.

Secuencia de fases: Orden predeterminado en que ocurren las fases del

ciclo.

Reparto: Porcentaje de la longitud del ciclo asignado a cada una de las

diversas fases.

Intervalo de cambio o despeje: Tiempo de exposición en el intervalo

amarillo del semáforo que sigue al intervalo verde. Es un aviso de

precaución para pasar de una fase a la siguiente.

17


SEMAFOROS

TERMINOS BASICOS

Intervalo todo rojo: Exposición de una indicación roja para todo el tránsito que se prepara a circular. Es utilizado en la fase que recibe el derecho de paso después del amarillo de la fase que lo pierde, con el fin de dar un tiempo adicional que permita a los vehículos despejar la intersección antes de que los vehículos, que lo ganan, reciban verde. Se aplica sobre todo en aquellas intersecciones que sean excesivamente anchas. También puede ser utilizado para crear una fase exclusiva para peatones.

Intervalo de cambio de fase: Intervalo que puede consistir solamente en un intervalo de cambio amarillo o que puede incluir un intervalo adicional de despeje todo rojo.

El intervalo de cambio de fase, tiene como función principal alertar al usuario de un cambio en la asignación del derecho al uso de la intersección. Se deberá considerar el tiempo de percepción-reacción del conductor, la deceleración y finalmente el tiempo necesario de despeje de la intersección.

18


SEMAFOROS

Movimientos

Calle "B"

Avenida "A"

19


SEMAFOROS

Avenida "A"

Calle "B"

Avenida "A"

Calle "B"

FASES Fase "B"Fase "A"

20


SEMAFOROS

Intervalo de cambio = Amarillo + Todo Rojo

Tiempo necesario para recorrer la distancia de parada.

Tiempo necesario para cruzar la intersección.

Donde:

y = Intervalo de cambio de fase, amarillo mas todo rojo (s)

t = Tiempo de percepción-reacción del conductor (usualmente 1 s.)

v = Velocidad de aproximación de los vehículos (m/s)

a = Tasa de deceleración (Valor usual 3,05 m/s2)

W = Ancho de la intersección (m)

L = longitud del vehículo (valor sugerido 6.10 m)

La velocidad de aproximación ”v”, se refiere a la velocidad límite prevaleciente o al percentil 85 de la velocidad P85.

v

LW

2a

vty

2a

vt

v

LW

21


SEMAFOROS

Calculo del intervalo de cambio de fase

Intervalo de cambio de fase

Despeje

LW

en el intervalo Amarillo

Distancia Recorrida

Aparece

totalel Amarillo

22


SEMAFOROS

F. V. Webster, demostró que la demora mínima de todos los vehículos en una intersección con semáforo, se puede obtener para una longitud de ciclo óptimo de:

Donde:

Co = Tiempo óptimo de ciclo (s)

L = Tiempo total perdido por ciclo (s)

βi = Máximo valor de la relación entre el flujo actual y el flujo de saturación para el acceso o movimiento o carril crítico de la fase i. este valor depende del flujo vehicular en cada acceso i.

φ = Número de fases del semáforo. Los valores aceptables para la longitud de ciclo esta entre el 75% y el 150% del ciclo

óptimo y las demoras no serán mayores en más del 10% al 20% de la demora mínima.

1i

i

o

β1

51,5LC

23


SEMAFOROS

LONGITUD DEL CICLO DE SEMAFOROS

VEHÍCULOS EQUIVALENTES

La existencia de vehículos pesados y movimientos hacia la izquierda y hacia la

derecha hace necesario introducir factores de ajustes, convirtiendo estos vehículos y

estos movimientos en vehículos equivalentes, para tener un parámetro de medición

igual.

El tipo de vehículo ya sea ligero, pesado o comercial más la dirección de su

movimiento ya sea de frente, hacia la izquierda o hacia la derecha hicieron necesario el

uso de factores de equivalencia.

1EP1EP1EP100

100f

RRBBCC

vp

Donde:

fvp = Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados

PC = Porcentaje de camiones

PB = Porcentaje de autobuses

PR = Porcentaje de vehículos recreativos

EC = Automóviles equivalentes a un camión

EB = Automóviles equivalentes a un autobús

ER = Automóviles equivalentes a un vehículo recreativo

24


SEMAFOROS

Donde:

qADE = Flujos de automóviles directos equivalentes

Ev =Automóviles directos equivalentes (ver tabla)

VHMD = Volumen horario de máxima demanda

FHMD = Factor de hora de máxima demanda

fvp = Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados

25

v

vp

ADE Ef

1

FHMD

VHMDq


SEMAFOROS

Valores para factores de vehículos equivalentes

AUTOMOVILES

EQUIVALENTES VALOR OBSERVACION

EC, EB 1,4 a 1,6 Valores comúnmente utilizados, sin embargo,

pueden ser mayores.

EC, EB 1,5 Para accesos con pendientes cercanos al 0%

con predominio de camiones livianos o medianos.

EV 1,4 a 1,6 Para vueltas hacia la izquierda.

EV 1 a 1,4 Para vueltas hacia la derecha.

FHMD 0,95 Para proyecto y diseño de planes de tiempos del

Semáforo.

26


SEMAFOROS

FLUJO DE SATURACIÓN Y TIEMPO PERDIDO

Cuando el semáforo cambia a verde, el paso de los vehículos que

cruzan la línea de alto, se incrementa rápidamente a una tasa

llamada flujo de saturación. La cual permanece constante hasta

que la fila de vehículos se disipa o hasta que termina el verde.

La tasa de vehículos es menor durante los primeros segundos,

mientras los vehículos aceleran hasta alcanzar una velocidad de

marcha normal.

EL FLUJO DE SATURACION ES LA TASA MAXIMA DE VEHICULOS

QUE CRUZAN LA LINEA, CUANDO EXISTEN FILAS Y ESTAS AUN

PERSISTEN HASTA EL FINAL DEL PERIODO VERDE.

EL HCM 2000 DEFINE UN FLUJO DE 1800 VPHPC

27


SEMAFOROS

actualflujo

Curva de

Verde

RojoAmarillo

Todo RojoAmarillo

en conflicto

el movimientoFase para

el movimientoFase para

la faseTermina

fe

f'e'

y G

b

ga

TIEMPO

y gananciaDemora final

Tiempo de verdeEntreverde

inicialPérdida

efectivoflujo

Curva de

Tiempo verde efectivoDemora inicial

satu

ració

n,

sFlu

jo d

e

VER

DE S

AT

UR

AD

OC

OLA

EN

UN

PER

IOD

O D

ETA

SA

DE D

ES

CA

RG

A D

E L

A

28


SEMAFOROS

FLUJO DE SATURACIÓN Y TIEMPO PERDIDO

Del diagrama anterior, se puede deducir:

Tiempo perdido por ciclo = Σ (Ai + TRi)Donde :

A = intervalo amarrillo en segundos

TR = intervalo todo rojo en segundos


SEMAFOROS 29

TIEMPO TOTAL PERDIDO POR CICLO

ASIGNACION DE TIEMPOS VERDES

Donde:

gT = Tiempo verde efectivo total por ciclo disponible para todos los accesos.

C = Longitud actual del ciclo (redondeando C0 a los 5 segundos mas próximo).

Tiempo Verde Efectivo Total (gT):

30


SEMAFOROS

TRiAiLCgT

Donde:

βi = Máximo valor de la relación entre el flujo actual y el flujo de saturación

para el acceso o movimiento o carril critico de cada fase “i”.

φ = Número de fases.

T

1i

i

ii g

β

βg

31


SEMAFOROS

iiii AlgG

Ejemplo 1

La velocidad de aproximación de los vehículos a uno de los

accesos de una intersección es de 60 Km/h.

La longitud promedio de los vehículos es de 6,10 metros y el ancho

de la intersección es de 24 metros.

Determinar la longitud del intervalo de cambio de fase.

32


SEMAFOROS

Datos:L = 6,10 m

W = 24 m

v = 60 km/h (velocidad de aproximación)

Valores supuestos:

Para el tiempo de percepción-reacción “t”, t = 1s.

Para la tasa de deceleración “a”, a = 3,05 m/s2

v=16,67 m/s

Aparece

Distancia Recorrida

en el intervalo Ámbar

W=24 m L=6,1 m

Despejeel Amarillo total

33


SEMAFOROS

Solución:

Determinar el intercambio “y” de fase

m/s16,67s3600

h1x

km1

m1000xkm/h60v

v

LW

2a

vty

1,83,716,67

6,1024

3,052

16,67v1y

s624y

Nota: El intervalo de fase es de 6 segundos, compuesto por 4 segundos de amarillo y 2

segundos de todo rojo. Valores muy usuales en este tipo de intersecciones

34


SEMAFOROS

Ejemplo 2

En la figura se muestran los volúmenes horarios mixtos en la intersección.

Suponiendo que el flujo de saturación característico en la intersección es de 1800 automóviles directos equivalentes por hora de luz verde por carril, en todos los accesos el porcentaje de camiones y autobuses es 5% y 10% respectivamente, finalmente el FHMD es de 0,95.

Determinar el reparto de los tiempos del semáforo utilizando un plan de dos fases con vueltas a la izquierda permitidas (estas vueltas no serán protegidas debido a sus bajos volúmenes).

La fase 1 maneja el sentido Este-Oeste y viceversa (EO-OE) y la fase 2 el sentido Norte-Sud y viceversa (NV-SN). Las velocidades de aproximación de EO-OE y de NS-SN son 50 km/h y 40km/h respectivamente.

35


SEMAFOROS

VOLUMENES HORARIOS DE MAXIMA DEMANDA

VOLUMENES HORARIOS MIXTOS ACTUALES

O

S

E

N

3.63.63.0

440

358

328

509

449

2242

376

36

322

302

26

16

433

474

35

18

235

12

265

3.5

3.5

7.0

3.0

FASE 2

FASE 1

36


SEMAFOROS

Datos: s = 1800 automóviles directos equivalentes (tasa máxima de vehículos que

cruzan la línea de ALTO)

PC = 5 %

PB = 10 %

FHMD = 0,95

EC = EB = 1,5 (ver tabla Nº 7.1)

EVIzq = 1,6 automóviles directos equivalentes (ver tabla Nº 7.1)

EVDer = 1,4 automóviles directos equivalentes (ver tabla Nº 7.1)

Velocidad de aproximación: vEO-OE = 50 km/h

vNS-SN = 40 km/h

Número de fases, φ = 2

37


SEMAFOROS

Solución

1º PASO. Determinar el factor de ajuste por efecto de vehículos pesados

2º PASO. Determinar los factores por movimientos de vuelta.(ver tabla )

Ev izquierda = 1,6 ADE

Ev derecha = 1,4 ADE

3º PASO. Flujos de automóviles directos equivalentes (ADE).

Acceso Norte-Sud: Movimiento directo.

011,51011,55100

100

1EP1EP1EP100

100f

RRBBCC

vp

0,93f vp

0,93

1

0,95

235

f

1

FHMD

VHMDq

vp

DD

ADE/h266qD

38


SEMAFOROS

Vuelta a la izquierda.

1,60,93

1

0,95

18E

f

1

FHMD

VHMDq VIzq

vp

VIzq

VIzq

Vuelta a la derecha

ADE/h33q VIzq

1,40,93

1

0,95

12E

f

1

FHMD

VHMDq VDer

vp

VDer

VDer

ADE/h19qVDer

Por lo tanto el flujo equivalente en el acceso Norte-Sud será

1933266qqqq VDerVIzqDT

ADE/h318qT

39


SEMAFOROS

Paso 3 tabulado para los diferentes accesos

ACCESO MOVIMIENTO

VHMD

(Automóviles/h) FHMD fvp

EV

(ADE)

qV

(ADE/h)

qT

(ADE/h)

Directo 474 0,95 0,93 1 537

Derecha 35 0,95 0,93 1,4 55 592

Directo 433 0,95 0,93 1 490

Este-

Oeste

Izquierda 16 0,95 0,93 1,6 29 519

Directo 322 0,95 0,93 1 364

Derecha 36 0,95 0,93 1,4 57 421

Directo 302 0,95 0,93 1 342

Fa

se 1

Oeste-

Este

Izquierda 26 0,95 0,93 1,6 47 389

Directo 235 0,95 0,93 1 266

Izquierda 18 0,95 0,93 1,6 33 Norte-Sud

Derecha 12 0,95 0,93 1,4 19

318

Directo 376 0,95 0,93 1 426

Izquierda 42 0,95 0,93 1,6 76

Fa

se 2

Sud-Norte

Derecha 22 0,95 0,93 1,4 35

537

40


SEMAFOROS

NAUTOMOVILES DIRECTOS EQUIVALENTES POR HORA

3.0

7.0

3.5

3.5

266

490

29

47

342

364

57

426

76 35

519

389

421

536

3.0 3.6 3.6

318

19 33

55

537

592

E

S

O

41


SEMAFOROS

4º PASO. Cálculo de la longitud de los intervalos de cambio para cada fase

L = 6,1 m ; t = 1 s ; a = 3,05 m/s2

Fase 1 (accesos Este y Oeste):Ancho efectivo = W = 3 + 3,6 + 3,6 = 10,2 m

Sabemos que para el acceso EO-OE la velocidad es

Amarillo = A1 = 3 s.

Todo Rojo = TR1 = 1 s.

m/s13,89s3600

h1x

km1

m1000xkm/h50v

13,89

6,110,20

3,052

13,891

v

LW

2a

vty1

s413y1

42


SEMAFOROS

Fase 2 (accesos Norte y Sud):

Ancho efectivo = W = 3 + 7 + 3,5 + 3,5 = 17 m

Sabemos que para el acceso NS-SN la velocidad es

Amarillo = A2 = 3 s.

Todo Rojo = TR2 = 2 s.

11,11m/s3600s

1hx

1km

1000mxkm/h40v

11,11

6,117

3,052

11,111

v

LW

2a

vty2

s523y2

43


SEMAFOROS

5º PASO. Tiempo perdido por fase.(li).

6º PASO. Tiempo total perdido por ciclo (L)

ii Al

s3Al 11

s3Al 22

2121

2

1i

i

2

1i

i

1i

i

1i

i TRTRllTRlTRlL

s92)(13)(3L

44


SEMAFOROS

7º PASO. Máximas relaciones de flujo actual (q) a flujo de saturación

(s) por carril para cada fase “i”.

q1 máx. = Flujo critico o máximo por carril de la fase “1”.

q2 máx. = Flujo critico o máximo por carril de la fase “2”.

8º PASO. Cálculo de la longitud del ciclo óptimo (Co) según Webster.

s

qβ imax

i

0,3291800

592

s

qβ 1max

10,298

1800

537

s

qβ 2max

2

0,298)(0,3291

591,5

)β(β1

51,5L

β1

51,5L

β1

51,5LC

21

2

1i

i

1i

i

o s49,6Co

s50C

45


SEMAFOROS

9º PASO. Tiempo verde efectivo total (gT)

10º PASO. Reparto de los tiempos verdes efectivos (gi).

950LCgTs41gT

T

1i

i

ii g

β

βg

410,2980,329

0,329g

ββ

βg T

21

11

410,2980,329

0,298g

ββ

βg T

21

22

s22g1

s19g 2

46


SEMAFOROS

11º PASO. Determinación de los tiempos verdes reales.(Gi).

iiii AlgG

3322AlgG 1111

3319AlgG 2222

s22G1

s19G 2

47


SEMAFOROS

12º PASO. Diagrama de tiempos en dos fases

2TR

1

5045

RojoVerdeRojo

2222R

48260

5025220

111

Fase 2

Fase 1

AG

Verde Rojo

R

TR

R G A

C = 50 s

Amarillo

Amarillo

48


SEMAFOROS

49


SEMAFOROS

coneic vii - semáforos fam presentación

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