Rommel Dimas Teves Torres CAPACIDAD VIAL Y SEMÁFORO UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LOS ANDES Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Civil.

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1 Rommel Dimas Teves Torres CAPACIDAD VIAL Y SEMÁFORO UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LOS ANDES Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Civil Asignatura: DISEÑO Y TRANSITO VIAL URBANO Victor Raul Machaca Edwin Zavalla Sotelo Miguel Cruz Borda Joel Muñoz Perez

2 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Desarrollar ampliamente los temas del capítulo XII y XIII de la asignatura de Transito y diseño Vial Urbano. OBJETIVOS ESPECÍFICOS a.- Describir ampliamente los conceptos y teorías de capacidad vial, así como los casos reales que se presentan en nuestro medio local. b.- Desarrollar de manera amplia y explicita los conceptos y teorías de semáforos, y los criterios para su eficiente funcionamiento comparando en nuestro medio local.

3 CAPACIDAD VIAL CONDICIONE S PREVALECIE NTES Condiciones de la infraestructura vial Condiciones del transito Condiciones de control

4 CONCEPTO DE NIVEL DE SERVICIO Nivel se servicio A Representa una circulación a flujo libre. Poseen una altísima libertad para seleccionar sus velocidades deseadas y maniobrar dentro del tránsito. El nivel general de comodidad y conveniencia proporcionado por la circulación al motorista, pasajero o peatón, es excelente.

5 Nivel de servicio B Esta dentro del rango del flujo estable, aunque se empieza a observar otros vehículos integrantes de la circulación. La libertad de selección de las velocidades deseadas sigue relativamente inafectada, aunque disminuye un poco la libertad de maniobra en relación con la del nivel de servicio A.

6 Nivel de servicio C Pertenece al rango del flujo estable, pero marca el comienzo del dominio en el que la operación de los usuarios individuales se ve afectada de forma significativa por las interacciones con otros usuarios. La selección de velocidad se ve afectada por la presencia de otros, y la libertad de maniobra comienza a ser restringida. El nivel de comodidad y conveniencia desciende notablemente.

7 Nivel de servicio D Representa una circulación de densidad elevada, aunque estable. La velocidad y libertad de maniobra serian restringidas, y el conductor o peatón experimenta un nivel general de comodidad y conveniencia bajo. Lo pequeños incrementos del flujo generalmente ocasionan problemas de funcionamiento.

8 Nivel de servicio E El funcionamiento está en él, o cerca del límite de su capacidad. La velocidad de todos se ve reducida a un valor bajo, bastante uniforme. La libertad de maniobra para circular son extremadamente difícil, y se consigue forzando a un vehículo o peatón a “ceder el paso”. Los niveles de comodidad y conveniencia son enormemente bajos, siendo muy elevada la frustración de los conductores o peatones. La circulación es normalmente inestable, debido a que los pequeños aumentos del flujo o ligeras perturbaciones del tránsito producen colapsos.

9 Nivel de servicio F Representa condiciones de flujo forzado. Esta situación se produce cuando la cantidad de transito que se acerca a un punto, excede las cantidades que puede pasar por él. En estos lugares se forman colas, donde la operación se caracteriza por la existencia de ondas de parada y arranque, extremadamente inestable.

10 CRITERIOS DE ANÁLISIS DE CAPACIDADES DE NIVELES DE SERVICIO Los factores externos que afectan el nivel de servicio, como son físicos, pueden ser medidos a una hora conveniente. En cambio los factores internos, por ser variables, deben ser medidos durante el periodo de mayor flujo, como por ejemplo el factor de la hora de máxima demanda no está uniformente distribuido en ese lapso

11 Para fines de interpretación uniforme y metodológica ordenada, se han establecido los siguientes criterios. El flujo y la capacidad, bajo condiciones prevalecientes, se expresan en vehículos mixtos por hora para cada tramo de la carretera. El nivel de servicio se aplica a un tramo significativo de la carretera o calle. Los elementos usados para medir la capacidad y los niveles de servicio son variables Por razones prácticas se ha fijado valores de densidades, velocidades medias de recorrido, demoras y relaciones de flujo a capacidad, que definen los niveles de servicio para autopistas, carreteras de carriles múltiples, carretera de dos carriles, calles, intersecciones con semáforos e intersecciones sin semáforos o de prioridad.

12 El criterio utilizado para una identificación practica de los niveles de servicio de las diversas infraestructuras viales, establece que se debe considerar las medidas de eficiencia mostrada en la siguiente tabla:

13 SEGMENTOS BASICOS DE AUTO PISTAS Carreteras De Carriles Múltiples Segmentos Básicos De Auto Pistas

14 SEGMENTOS BÁSICOS DE AUTO PISTAS Son secciones de dos o más carriles por sentido con control total de acceso, que no son afectados ni por los movimientos convergencia o divergencia en rampas de enlace cercanas ni por maniobras de entre cruzamientos.

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26 CARRETERA DE DOS CARRILES Carreteras Dos Carriles Intersección Con Semáforos

27 Una carretera de dos carriles consta de una sola calzada de dos carriles una por cada sentido de circulación, con intersecciones a nivel y acceso directo desde sus márgenes.

28 CONDICIONES IDEALES Para carreteras rurales de dos carriles, las condiciones ideales son las siguientes:  Velocidad de proyecto igual o mayor de 95 km/h.  Anchuras de carriles igual o mayor de 3.60 metros.  Acotamientos de anchura igual o mayor de 1.80 metros.  Inexistencia de tramos con rebase restringido.  Todos los vehículos en la corriente de tránsito son ligeros.  Distribución direccional del volumen de tránsito 50/50.  Ninguna restricción del tránsito directo debido a controles o vehículos que dan vuelta.  Terreno llano.

29 La capacidad ideal de las carreteras de dos carriles es de 2800 veh. lig. /hora/ ambos sentidos.

30 Análisis operacional El análisis operacional de carreteras de dos carriles, es en estructura muy similar al de autopistas y carreteras de carriles múltiples. En este sentido, el análisis tiene que ver con tramos extensos clasificados por el tipo de terreno, sea este plano, lomerío o montañoso, y con sub tramos específicos caracterizados por la pendiente rasante.

31 Formula para calcular el flujo de servicio en este tipo de tramos es: Donde: FSi = flujo de servicio para el nivel i bajo condiciones prevalecientes en vph/ambos sentidos. (v/c)i = máxima relación flujo a capacidad para un nivel de servicio i. fD = factor de ajuste por efecto de la distribución direccional. fA = factor de ajuste por efecto de restricciones en el ancho de carriles y acontecimientos, o distancia a obstáculos laterales. fVP = factor de ajuste por efecto de vehículos pesados. FSi = 2800 (v/c)i (fD) (fA) (Fvp)

32 Velocidad de operación Para determinar la velocidad de operación a la que funciona la carreta para las condiciones dadas, es necesario construir la gráfica de flujo de servicio-velocidad con los datos anteriores, tal como se aprecia en la figura 12.3.

33 La ecuación correspondiente para el último segmento limitado por los puntos (292,64) y (708,48) es: V= 75.2 – 0.0383693(q) Sustituyendo el flujo máximo de demanda de 667 vph, se obtiene que su velocidad de operación correspondiente es de: V = 75.2 - 0.0383693(667) V = 49.6 km/h

34 Intersección con semáforos se les considera como dispositivos de control y se hace el cálculo de la distribución de los tiempos del semáforo para ciertas condiciones prevalecientes dadas. Capacidad de intersección con semáforo La capacidad de una intersección con semáforo se define para cada acceso, como la tasa de flujo máxima que puede pasar a través de la intersección bajo condiciones prevalentes del tránsito, de la calle y del semáforo. Se mide en vehículos por hora (vph) con base en flujos que tienen periodos pico de 15 minutos.

35 Entonces, para el análisis de la capacidad se debe calcular la relación volumen a capacidad (v/c) para movimientos críticos en carriles simples o grupos de carriles en todo acceso. La relación se determina dividiendo, para los 15 minutos pico, el flujo actual (v) del acceso o grupo de carriles entre su capacidad (c). Para determinar la capacidad de un grupo de carriles se usa el concepto de flujo de saturación (s). Se define como la tasa máxima de flujo, en un acceso o grupo de carriles, que pueden pasar a través de la intersección bajo las condiciones prevalentes del tránsito y la calle, suponiendo que dicho acceso o grupo de carriles tiene el 100% del tiempo disponible como verde efectivo.

36 Se expresa en vehículos por hora de luz verde (vphv). Por lo tanto, la capacidad para un acceso o grupo de carriles se define por:

37 Niveles de servicio en intersecciones con semáforo El nivel de servicio de una intersección con semáforo se define a través de las demoras, las cuales representan para el usuario una medida del tiempo perdido de viaje, del consumo de combustible, de la comunidad y de la frustración. Específicamente, el nivel de servicio se expresa en términos de la demora media por vehículo debida a las detenciones para un periodo de análisis de 15 minutos.

38 Nivel de servicio A Operación con demoras muy bajas, menores de 5 segundos por vehículo. La mayoría de los vehículos llegan durante la fase verde y no se detienen del todo. Longitudes de ciclo corto puede contribuir a demoras mínimas. Nivel de servicio B Operación con demoras entre 5.1 y 15.0 segundos por vehículo. Algunos vehículos comienzan a detenerse.

39 Nivel de servicio C Operación con demoras entre 15.1 y 25.0 segundos por vehículo. La progresión del tránsito es regular y algunos ciclos empiezan a malograrse. Nivel de servicio D Operación con demoras entre 25.1 y 40.0 segundos por vehículo. Las demoras pueden deberse a la mala progresión del tránsito o llegadas en la fase roja, longitudes de ciclo amplias, o relaciones de v/c muy altas. Muchos vehículos se detienen y se hacen más notables los ciclos malogrados.

40 Nivel de servicio E Operaciones con demoras entre 40.5 y 60.0 segundos por vehículo. Se considera como el límite aceptable de demoras. Las demoras son causadas por progresiones pobres, ciclos muy largos y relaciones de v/c altas. Nivel de servicio F Operación con demoras superiores a los 60.0 segundos por vehículo. Los flujos de llegada exceden la capacidad de la intersección, lo que ocasiona congestionamiento y operación saturada.

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42 SEMAFORO Ventajas Y Desventajas Numero De Lentes Y Caras Semáforos De Tiempo Fijo

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44 COMPONENTES

45 CABEZA Es la armadura que contiene las partes visibles del semáforo

46 Soporte son las estructuras que se utilizan para sujetar la cabeza de los semáforos de forma que les permitan algunos ajustes angulares, verticales y horizontales

47 Cara Son las distintas luces de las cuales están formados los semáforos

48 Lentes Es la parte óptica que dirige la luz proveniente de la lámpara y de su reflector en la dirección deseada

49 Visera elemento que se coloca encima o alrededor de cada una de las unidades ópticas

50 Placa Contraste Elemento utilizado para incrementar la visibilidad

51 CLASIFICACION

52 Semáforos VEHICULARES Tiene por objeto controlar y regular el tránsito de vehículos en las intersecciones

53 Semáforos PEATONALES indicar al peatón el momento seguro para que pueda cruzar la intersección. También se pueden usar para dar preferencia a los peatones sobre el resto del tráfico de la vía.

54 Semáforos para TRENES En algunos cruces entre caminos y ferrocarriles el tránsito de vehículos está controlado por semáforos cuyas luces se encienden automáticamente al aproximarse un tren.

55 Semáforos para CICLISTAS En caso de existir un ciclo vía o de que la vía sea compartida por ciclistas se pueden usar semáforos especiales para ellos.

56 Semáforos INTELIGENTES AYUDAN a dar luz verde a los coches en aquellos momentos en los que no hay gente cruzando. Así que ya no tendrás que esperar a que el semáforo tarde unos minutos en cambiar de color.

57 Semáforos para DALTONICOS son para personas que no pueden distinguir los colores.

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59 SIGNIFICADOS DE LOS COLORES DE UN SEMAFORO Rojo: Estimula física y mentalmente, es el color de la vitalidad, produce coraje. Podría utilizarse para combatir el frío y para reanimar el sistema circulatorio. Naranja: Está relacionado con el Sistema muscular y con nuestra salud emocional. Además estimula nuestra sociabilidad (inteligencia emocional). Verde: Relaja, calma los nervios, produce equilibrio emocional, actúa como sedante, como antiséptico, y estimula la sensibilidad, la compasión y la esperanza.

60 CONDUCTORES ANTE UN SEMAFORO uno de cada cinco se deleita observando a otros vehículos de la vía o mujeres. mientras que un tercio aprovecha para relajarse. La comida también tiene su momento ante un semáforo en rojo el 16% busca algo para picar. el 10% mastica chicle. sólo el 18% admite aprovechar el tiempo de espera para hablar con sus acompañantes

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62 Numero De Lentes Y De Caras Se recomienda que la cara de todo semáforo tenga menos 3 lentes: (rojo ámbar y verde) y por más de 5 lentes: (rojo, ámbar, flecha de frente↑, flecha izquierda←, y flecha derecha. Se recomienda dos caras por cada acceso a la intersección, que pueden complementarse con semáforos para peatones

63 Ventajas - Desventajas

64 VENTAJA Ordena la circulación del tránsito. Reduce la frecuencia de cierto tipo de accidentes. espacios favorables para sincronizar o mantener una circulación continua. Permiten interrumpir periódicamente los volúmenes de tránsito.

65 DESVENTAJA Se incurre en gastos no justificados. Causan demoras injustificadas a cierto número de usuarios. Producen reacción desfavorable en el público. Incrementan el número de accidentes del tipo alcance. Ocasionan perdidas innecesarias de tiempo en las horas del día.

66 TIPO DE SEMAFOROS

67 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.

68 Requisitos de instalación 1.-volumen mínimo del vehículo

69 3.-Volumen Mínimo De Peatones 4.-Circulacion Progresiva 2.-Interrupcion Del Trafico Continuo

70 Semáforos Accionados Por El Tráfico es un sistema cuyo funcionamiento varía de acuerdo con las demandas del tránsito que registren los detectores de vehículos o peatones, los cuales suministran la información a un control local. se clasifican en tres categorías generales:  Semáforos totalmente accionados  Semáforos parcialmente accionados  Semáforos ajustados al tránsito

71 Semáforos con control centralizado 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.

72 DISTRIBUCION DE LOS TIEMPOS DEL SEMAFORO Coordinación De Semáforos Semáforos Accionados Por El Transito

73 TÉRMINOS BÁSICOS DEL TIEMPO. En el análisis del control de intersecciones con semáforos y en lo requisitos para la distribución de sus tiempos, es necesario precisar algunos términos básicos o parámetros de tiempo y así evitar posibles confusiones.  Indicación de señal  Ciclo o longitud de ciclo  Movimiento  Intervalo  Fase  Secuencia de fase  Reparto  Intervalo de despeje  Intervalo todo rojo  Intervalo de cambio de fase

74 Indicación de la señal: es el encendido de una de las luces del semáforo o una combinación de varias luces al mismo tiempo. Ciclo o longitud de ciclo. es el tiempo necesario para una secuencia de todas las indicaciones del semáforo. Movimiento: conjunto de maniobras de un mismo acceso que tiene el derecho de paso simultáneamente y forman una misma fila.

75 Intervalo: cualquiera de las diversas divisiones del ciclo, durante la cual no cambian las indicaciones de señal del semáforo. Fase: Fase es aquella parte del ciclo en que uno más movimientos tienen derecho a paso. 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.

76 Intervalo verde: intervalo de derecho de paso durante el cual la indicación de señal es verde. Intervalo de despeje: tiempo de exposición de la indicación ámbar del semáforo que sigue al intervalo verde. Es un aviso de precaución para pasar de una fase a la siguiente. Intervalo todo rojo: tiempo de exposición de una indicación roja para toda el transito que se prepara a circular. Intervalo de cambio de fase: Intervalo que puede consistir solamente en un intervalo de cambio ámbar o que puede incluir un intervalo adicional de despeje todo rojo.

77 CALCULO DE LOS TIEMPOS DEL SEMAFORO Para obtener un mínimo de demoras, cada fase debe incluir el mayor numero posible de movimientos Simultáneos. Así se lograra admitir un mayor volumen de vehículos en la intersección. Este debe ser un objetivo permanente que no puede olvidarse.

78 La distribución de los tiempos de cada fase debe estar en relación directa con los volúmenes de transito de los movimientos correspondientes. En otras palabras, la duración de cada fase y del ciclo dependerá de la demanda. A continuación se presentan de manera general los diversos elementos a tener en cuenta en el cálculo de los tiempos del semáforo y su reparto en las diferentes fases:

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80 EJEMPLO La velocidad de aproximación de los vehículos a uno de los accesos de una intersección es de 60 km/hora. Si la longitud promedio de los vehículos es de 6.10 metros y el ancho de la intersección es de 24.00 metros, determinar la longitud del intervalo de cambio de fase. Valores dados de la longitud L de los vehículos y del ancho W de la intersección: L=6.10 m W=24.00 m Valores supuestos para el tiempo de percepción – reacción “t” y para la tasa de desaceleración “a”: t=1.0 seg a=3.05 seg m/seg2 La velocidad de aproximación “v” en metros por segundo es:

81 Por lo tanto, de acuerdo a la ecuación (1), el intervalo de cambio de fase “y” es: Redondeando al segundo entero: Como puede verse el intervalo de cambio de fase es de 6 segundos, compuesto de 4 segundos y 2 segundos de todo rojo. Estos valores son muy usuales en la práctica en este tipo de intersecciones.

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83 Vehículos equivalentes. Si todos los vehículos que salen de una intersección con semáforo son automóviles que continúan de frente, se tendrían las tasas máximas de flujo, a intervalos aproximadamente iguales. Hay que tener en cuenta la presencia de vehículos pesados y movimientos hacia la izquierda y hacia la derecha. El factor de ajuste por efecto de vehículos pesados, se calcula con la siguiente expresión: Donde: fHV = Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados PT = Porcentaje de camiones en la corriente vehicular PB=Porcentaje de autobuses en la corriente vehicular PR=Porcentaje de vehículos recreativos en la corriente vehicular ET=Automóviles equivalentes a un camión EB=Automóviles equivalentes a un autobús ER=Automóviles equivalentes a un vehículo recreativo

84 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 S, la cual permanece constante hasta que la fila de vehículos se disipa o hasta que termina el verde.

85 Asignación de tiempos verdes. El tiempo verde efectivo total “gt”, disponible por ciclo para todos los accesos de la intersección está dado por: Para obtener una demora total mínima en la intersección, el tiempo verde efectivo total “gt” debe distribuirse entre las diferentes fases en proporción a sus valores de Yi, así:

86 COORDINACION DE SEMAFOROS

87 Los sistemas coordinados pueden, o no, estar sujetos a un control maestro. En general, los semáforos de tiempo fijo dentro de un radio de 400 metros y que regulan las mismas condiciones de tránsito, deben funcionar coordinadamente. Existen cuatro sistemas de coordinación de semáforos de tiempo fijo, a saber:

88 SISTEMA SIMULTANEO: Todos los semáforos muestran la misma indicación aproximadamente al mismo tiempo, útil para coordinar intersecciones muy cercanas. La relación entre la velocidad, ciclo y distancia, puede expresarse así: Donde: v= Velocidad de progresión entre intersecciones (km/h) D= Distancia entre intersecciones (m) C= Duración del ciclo (seg)

89 SISTEMA ALTERNADO: Los semáforos de intersecciones cercanas, por grupos, muestran indicaciones alternadas, a lo largo de una ruta. En estas condiciones se consigue una banda del 100% siempre y cuando la velocidad de los vehículos sea: No se adapta muy bien cuando las cuadras son desiguales. El sistema alterno es operado con un solo control, pero puede usar controles individuales, lo que es una ventaja sobre el sistema anterior

90 SISTEMA PROGRESIVO SIMPLE O LIMITADO: Este sistema trata de varios semáforos sucesivos, a lo largo de una calle, que dan la indicación de verde de acuerdo con una variación de tiempo que permite, hasta donde es posible, la operación continua de grupos de vehículos a velocidad fija en ondas verdes.

91 SISTEMA PROGRESIVO FLEXIBLE: En este sistema es posible que cada intersección con semáforo varié automáticamente en varios aspectos. Con base en la variación de los volúmenes de tránsito y la selección de la velocidad adecuada, se puede lograr un movimiento continuo a lo largo de una arteria, especialmente si es de un solo sentido. Ese sistema es el que da mejores resultados para intersecciones ubicadas a distancias variables.

92 SEMAFOROS ACCIONADOS POR EL TRANSITO

93 CARACTERÍSTICAS GENERALES: Las características principales de la operación de semáforos accionados por el tránsito es que la duración de los ciclos responden, en general, a las variaciones en la demanda de transito vehicular. Para instalar semáforos accionados por el tránsito deben analizarse pavimento algunos factores, como sigue:

94 FACTORES: Volumen de vehículos Movimiento transversal Horas de máxima demanda Peatones Accidentes Amplias fluctuaciones de tránsito Intersecciones complejas Sistemas progresivos Cruces de peatones fuera de la intersección

95 CLASIFICACION Los semáforos accionados por el tránsito se clasifican en tres categorías generales: 1. Semáforos totalmente accionados: Disponen de medios para ser accionados por el tránsito en todos los accesos de la intersección. 2. Semáforos parcialmente accionados: Disponen de medios para ser accionados por el tránsito en uno o más accesos de la intersección, pero no en todos. 3. Semáforos ajustados al tránsito: Es un tipo de semáforo en el cual las características del despliegue de señales en los controladores locales para un área o para una calle, varían continuamente de acuerdo con la información sobre el flujo del tránsito suministrado a un computador maestro por detectores de muestreo ubicados en puntos de flujo típico en el área.

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