UNIVERSIDAD NACIONAL
“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” - UNASAM
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
.
“ANALISIS VIAL EN LAS INTERSECCIONES DE LA AV. LUZURIAGA Y SAN MARTIN CON LA AV. RAYMONDI - HUARAZ APLICANDO EL
SOFTWARE SYNCHRO 8.0, PARA MEJORAR EL FLUJO VEHICULAR”
PRESENTADO POR:
BACH. RONDOÑO CHAVEZ DANIEL WILMER
ASESOR:
MG. ING. TÁMARA RODRÍGUEZ JOAQUÍN SAMUEL.
HUARAZ – ANCASH – PERU
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DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado a mis padres: Augusto y Marcelina, porque son ejemplos de lucha, perseverancia y porque son ellos, los que me inspiran para seguir luchando por cumplir mis objetivos.
A mis hermanas: Yovana, Miriam, Yessica y Rosmery, quienes me han brindado su apoyo y confianza en todo momento.
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AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios, por haberme permitido llegar hasta esta etapa de mi vida y darme salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.
Mi agradecimiento de manera especial y sincera, al Mg. TÁMARA RODRÍGUEZ, Joaquín Samuel, por su dirección, apoyo, confianza, y su capacidad de guiar mis ideas durante todo el desarrollo de la tesis, en aras de lograr una buena investigación.
Mi eterno agradecimiento a cada Docente de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo, por las enseñanzas y valores impartidos, dentro y fuera de las aulas.
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Índice
Portada i
Dedicatoria ii
Agradecimientos iii
Índice General
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RESUMEN ... 1
ABSTRACT ... 2
INTRODUCCION ... 3
CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES ... 4
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 4
1.1.1. SITUACION PROBLEMAMITCA ... 4
1.1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA... 5
1.2. JUSTIFICACIÓN ... 6
1.3. ALCANCES Y LIMITACIONES ... 6
1.4. CONTEXTO ... 7
1.4.1 UBICACIÓN ... 7
1.5. OBJETIVOS ... 7
1.6. HIPOTESIS Y VARIABLES ... 8
1.6.1 HIPOTESIS ... 8
1.6.2 VARIABLES ... 9
1.6.3 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES ... 9
CAPITULO II: MARCO METODOLÓGICO ... 10
2.1. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ... 10
2.2. POBLACIÓN Y MUESTRA ... 10
2.3. FUENTES, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS ... 10
2.4. PLAN DE RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ... 12
2.5. PLAN DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ... 13
2.6. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS ... 13
CAPITULO III: MARCO REFERENCIAL ... 14
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3.2. MARCO TEÓRICO ... 17
3.2.1. TEORÍA DE FLUJO DE TRÁFICO ... 17
3.2.2. SEMAFORIZACION ... 19
3.2.3. INTERSECCIONES VIALES ... 26
3.2.4. ANALISIS VIAL ... 28
3.2.5. COORDINACION DE INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS ... 42
3.2.6. MICRO SIMULACIÓN CON SOFTWARE SYNCHRO 8.0 ... 44
3.2.7. TERMINOS BASICOS ... 46
CAPITULO IV: RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ... 48
4.1. AREA DE ESTUDIO ... 48
4.2. ESTUDIO DE CONDICIONES GEOMETRICAS ... 48
4.3. ESTUDIO DE CONDICIONES DE TRÁFICO ... 51
4.3.1. Aforo Vehicular en cada intersección analizada ... 51
4.3.2. Aforo Peatonal en cada intersección analizada ... 61
4.3.3. Estudio de la Velocidad de aproximación ... 63
4.4. ESTUDIO DE CONDICIONES DE SEMAFORIZACION ... 64
CAPITULO V: PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN ... 68
5.1. ESTUDIO DE LA SITUACIÓN ACTUAL Y LOS FACTORES QUE INTERVIENE EN EL ANALISIS VIAL DE LAS INTERSECCIONES ... 68
5.1.1. Intersección N° 1 – Jr. San Martin – Jr. San Cristóbal – Av. Raymondi.. 68
5.1.2. Intersección N° 2 – Av. Fitzcarald – Av. Luzuriaga – Av. Raymondi ... 74
5.1.3. Situación actual aplicando el software Synchro 8.0 ... 75
CAPITULO VI: ALTERNATIVAS DE SOLUCION ... 83
6.1. ALTERNATIVA N° 01: Diseño de los parámetros semafóricos y optimización aplicando el software synchro 8.0 ... 83
6.1.1. Diseño de los parámetros semafóricos ... 83
6.1.1.1. Determinación del grado de saturación critica por ciclo. ... 83
6.1.2. Optimización semafórica aplicando el software synchro 8.0 ... 85
6.2. ALTERNATIVA N° 02: Coordinación, optimización y micro simulación semafórica. ... 88
6.2.1. Coordinación semafórica. ... 88
vi
CAPITULO VII: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ... 101
CAPITULO VIII: CONCLUSIONES Y RECOMNDACIONES ... 109
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ... 112
ANEXOS ... 113
Tabla de contenido: Cuadros
Cuadro N° 1. Factores de ajuste por presencia de vehículos pesados. ... 25Cuadro N° 2. Tipos de Intersecciones a Nivel ... 28
Cuadro N° 3. Datos de entrada necesarios para el análisis vial. ... 30
Cuadro N° 4. Factor de ajuste por ancho de carril ... 33
Cuadro N° 5. Variables para ajuste por peatones y ciclistas ... 36
Cuadro N° 6. Niveles de Servicio para intersecciones según las demoras. ... 42
Cuadro N° 7. Datos Complementarios de la Geometría de la Intersección N° 1 ... 50
Cuadro N° 8. Datos Complementarios de la Geometría de la Intersección N° 2 ... 51
Cuadro N° 9. Resumen de aforo en volúmenes mixtos por acceso en la Intersección N° 1 ... 54
Cuadro N° 10. Resumen de aforo en volúmenes mixtos por acceso en la Intersección N° 2 ... 54
Cuadro N° 11. Porcentaje de vehículos en horas pico en la Intersección N° 1 ... 55
Cuadro N° 12. Porcentaje de vehículos en horas pico en la Intersección N° 2 ... 55
Cuadro N° 13. Cantidad de paradas y maniobras de estacionamiento - intersección 1 .. 60
Cuadro N° 14. Cantidad de paradas y maniobras de estacionamiento - intersección 2 .. 61
Cuadro N° 15. Resumen de aforo peatonal por acceso de la Intersección N° 1 ... 63
Cuadro N° 16. Resumen de aforo peatonal por acceso de la Intersección N° 2 ... 63
Cuadro N° 17. Velocidad de aproximación - intersección 1 ... 64
Cuadro N° 18. Velocidad de aproximación - intersección 2 ... 64
Cuadro N° 19. Duración de Fases de la Intersección N° 1 ... 65
Cuadro N° 20. Datos Complementarios de Fases de la Intersección N° 1 ... 66
Cuadro N° 21. Duración de Fases en la Intersección N° 2 ... 66
Cuadro N° 22. Datos Complementarios de Fases de la Intersección N° 2 ... 67
Cuadro N° 23. Resumen de intervalos de cambio de fase de la Intersección N° 1, para una velocidad de 25 km/h. ... 84
Cuadro N° 24. Resumen de parámetros de diseño semafórico - Intersección N° 1 ... 85
Cuadro N° 25. Resumen de parámetros de diseño semafórico - Intersección N° 2 ... 85
Cuadro N° 26. Resumen de parámetros diseñados vs optimizados ... 87
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Cuadro N° 28. Calculo del tiempo de desfase ... 91
Cuadro N° 29. Resumen de medidas de eficiencia – intersección N° 1 ... 102
Cuadro N° 30. Resumen de medidas de eficiencia – intersección N° 2 ... 103
Cuadro N° 31. Resumen de diseño semafórico optimizado. ... 104
Cuadro N° 32. Resumen de diseño semafórico optimizado. ... 105
Cuadro N° 33. Resumen de red coordinada y optimizada. ... 107
Cuadro N° 34. Comparación de flujos actuales y de saturación ... 109
Tabla de contenido: Figuras
Figura N° 1. Semáforo peatonal donde se indica la localización de las ondas sonoras.. 21Figura N° 2. Fases y diagrama de fases de una intersección con semáforos. ... 22
Figura N° 3. Intervalo de cambio de fase ... 23
Figura N° 4. Metodología de análisis de intersecciones señalizadas. ... 29
Figura N° 5. Agrupaciones típicas de grupo de carriles ... 31
Figura N° 6. Escenario de entrada del programa ... 45
Figura N° 7. Esquema de intersecciones analizadas ... 48
Figura N° 8. Condiciones Geométricas de la Intersección N° 1 ... 49
Figura N° 9. Condiciones Geométricas de la Intersección N° 2 ... 50
Figura N° 10. Equipo de grabación para el aforo vehicular. ... 52
Figura N° 11. Formato de aforo vehicular ... 53
Figura N° 12. Comparación del volumen vehicular en HP de la Intersección N° 1 ... 56
Figura N° 13. Comparación del volumen vehicular en HP de la Intersección N° 2 ... 56
Figura N° 14. Flujograma de hora Pico en la Intersección N° 1 ... 58
Figura N° 15. Flujograma de hora Pico en la Intersección N° 2 ... 59
Figura N° 16. Aforo peatonal en las intersecciones... 61
Figura N° 17. Formato de aforo vehicular ... 62
Figura N° 18. Diagrama de Tiempos de Fase de la Intersección N° 1 ... 66
Figura N° 19. Diagrama de Tiempos de Fase de la Intersección N° 2 ... 67
Figura N° 20. Diagrama de Fase de la Intersección N° 1 y 2 ... 70
Figura N° 21. Trazo de intersecciones analizadas en la ventana de mapa del programa 75 Figura N° 22. Configuración de geometría por carril (Lane Settings) de la intersección N° 01 – Jr. San Martin – Jr. San Cristóbal – Av. Raymondi ... 76
Figura N° 23. Configuración de volumen (Volume Settings) de la intersección N° 01 – Jr. San Martin – Jr. San Cristóbal – Av. Raymondi... 77
Figura N° 24. Configuración de intersección o nodo (Node Settings) de la intersección N° 01 – Jr. San Martin – Jr. San Cristóbal – Av. Raymondi. ... 78
Figura N° 25. Configuración de tiempos (Timing Settings) de la intersección N° 01 – Jr. San Martin – Jr. San Cristóbal – Av. Raymondi. ... 79
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Figura N° 27. Configuración de simulación (Simulation Settings) de la intersección N°
01 – Jr. San Martin – Jr. San Cristóbal – Av. Raymondi... 81
Figura N° 28. Situación actual de la intersección N° 02 – Av. Fitzcarald – Av. Luzuriaga – Av. Raymondi ... 82
Figura N° 29. Intersección N° 01 diseñada para una velocidad de aproximación de 25km/h. ... 86
Figura N° 30. Intersección N° 01 Optimizada para una velocidad de aproximación de 25km/h ... 87
Figura N° 31. Distancia entre intersecciones semaforizadas consecutivas ... 91
Figura N° 32. Diagrama Tiempo – Espacio para una velocidad V = 25 Km/h ... 92
Figura N° 33. Diagrama Tiempo – Espacio para una velocidad V = 35 Km/h ... 92
Figura N° 34. Diagrama Tiempo – Espacio para una velocidad V = 45 Km/h ... 93
Figura N° 35. Optimización de longitud de ciclo para una velocidad V = 25 Km/h ... 94
Figura N° 36. Coordinación de la red semaforica para una velocidad V = 25 Km/h ... 95
Figura N° 37. Resumen de parámetros optimizados Intersección N° 01 - V= 25 Km/h 96 Figura N° 38. Resumen de parámetros optimizados Intersección N° 02 - V= 25 Km/h 96 Figura N° 39. Resumen de parámetros optimizados Intersección N° 01 - V= 35 Km/h 97 Figura N° 40. Resumen de parámetros optimizados Intersección N° 02 - V= 35 Km/h 97 Figura N° 41. Resumen de parámetros optimizados Intersección N° 01 - V= 45 Km/h 98 Figura N° 42. Resumen de parámetros optimizados Intersección N° 02 - V= 45 Km/h 98 Figura N° 43. Micro simulación de Intersecciones... 99
Figura N° 44. Micro simulación 3D para la red coordinada con una V = 25 Km/h ... 100
Figura N° 45. Micro simulación 3D para la red coordinada con una V = 25 Km/h ... 100
Figura N° 46. Volumen vehicular total por movimiento. ... 101
Figura N° 47. Resultados de demoras y nivel de servicio (NDS) – intersecciones N° 1 y 2. ... 103
Figura N° 48. Longitud de ciclo y luz verde para red coordinada y optimizada – V = 25 Km/h. ... 106
Figura N° 49. Longitud de ciclo y luz verde para red coordinada y optimizada – V = 35 Km/h. ... 106
Figura N° 50. Longitud de ciclo y luz verde para red coordinada y optimizada – V = 45 Km/h. ... 107
Figura N° 51. Diagrama de Tiempos de Fase de la Intersección N° 1 ... 108
RESUMEN
Es evidente el problema de congestión vehicular en ciertos puntos de la red vial urbana de la ciudad de Huaraz, sumado a ello está la falta de coordinación de las intersecciones semaforizadas consecutivas; causando así el funcionamiento ineficiente de las redes viales. A consecuencia de lo anterior, en la presente investigación se realiza el análisis vial en las intersecciones de la av. Luzuriaga y San Martin con la av. Raymondi, con el fin de mejorar el flujo vehicular; por lo que se plantean alternativas de solución con criterio de eficiencia funcional, es decir, procurando tener menos demoras y tener un flujo vehicular continuo. Para lograr plantear las alternativas de solución se realizó un estudio de los factores que intervienen en el análisis vial como las condiciones geométricas, de tránsito y semafóricas que intervienen en el flujo, luego determinamos la situación actual de las intersecciones encontrando que funcionan cerca al 100% de su capacidad, por ello con ayuda del software synchro 8.0 se realizó un nuevo diseño y optimización de las fases semafóricas y coordinación de las dos intersecciones analizadas encontrando una ola verde de flujo continuo en la red vial.
2 ABSTRACT
It is evident the problem of vehicular congestión in some points of the urban road network of the city of Huaraz, added to this is the lack of coordination of the intersections with traffic lights in a row; causing inefficient operation of road networks. As a result of the above, in the present investigation the road analysis is performed at the intersections of the av. Luzuriaga and San Martin with the av. Raymondi, in order to improve the flow of vehicles; so solutions are proposed with a criterion of functional efficiency, that is, trying to have fewer delays and have a continuous vehicular flow. To achieve the solution alternatives, a study was made of the factors that intervene in the road analysis such as the geometrical, traffic and semaphore conditions that intervene in the flow, then we determine the current situation of the intersections, finding that they work close to 100% of its capacity, for that reason with the help of the software synchro 8.0, was made a new design and optimization of the semaphore phases and coordination of the two analyzed intersections finding a green wave of continuous flow in the road network.
3
INTRODUCCION
La ciudad de Huaraz como muchas otras ciudades se encuentra en una etapa crecimiento enfrentando diferentes retos. Sin embargo un problema que tienen en común las ciudades de nuestro País es la congestión vehicular, debido a la falta de decisiones políticas y planes de desarrollo de sistemas de transporte e infraestructura vial.
En nuestra ciudad, las autoridades de turno no le dan la debida importancia al sistema de transporte, es por ello que en muchas intersecciones y calles como la av. Fitzcarald se observa congestionamiento y niveles de servicio muy bajos. Es por eso, que con el fin de aportar en la mejora del flujo vehicular y teniendo presente que el dinamismo de una ciudad se ve reflejada en su sistema de transporte; se realiza el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi que forman parte de las dos vías más transitadas de la ciudad de Huaraz.
Como punto de partida para el análisis vial de las intersecciones elegidas, se realizó una visita de inspección a la zona con el fin de trazar una estrategia para la recolección de datos; luego se inició con estudios de los parámetros que afectan la capacidad vial, tales como las condiciones geométricas de la intersección que involucra conocer anchos de carril, pendientes, estacionamientos zonificación o uso de suelo; así mismo se hizo el estudio de las condiciones de tránsito para ello se hizo los aforos vehiculares y peatonales respectivos, se observó los movimientos permitidos, se estudió la velocidad de aproximación y finalmente se estudió las condiciones semafóricas de las intersección que consistió en determinar las longitudes de luz verde, ámbar, rojo y observo que las intersecciones no funcionan coordinadamente.
Estos parámetros fueron necesarios para que con ayuda del software synchro v 8.0 y la metodología HCM 2010 se determine la capacidad, demoras y nivel de servicio de las intersecciones en condiciones actuales. Conociendo el estado actual, se plantea dos alternativas de solución que debería de aplicarse en corto plazo que básicamente involucra mejoras en la operación de los sistemas de control de tránsito abarcando desde un nuevo diseño, coordinación y optimización de fases y ciclos de la red.
4
CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.1. SITUACION PROBLEMAMITCA
Uno de los problemas más graves que está atravesando el Perú, particularmente la ciudad capital Lima, y que ahora también se evidencia en el interior del país como en la ciudad de Huaraz, es sin duda la congestión vehicular; que trae otras consecuencias como la contaminación del medio ambiente, el deterioro de la salud de la población, la pérdida económica por el tiempo que desperdiciamos en las colas o interrupciones que se generan en las intersecciones viales. Es por ello que este problema merece una atención inmediata.
Por otra parte, se evidencia el creciente poder adquisitivo de la población y las facilidades brindadas por las empresas proveedoras de vehículos, han repercutido en los últimos años en el crecimiento excesivo del parque automotor, que es uno de los factores sobresalientes para la generación de la congestión.
Solo para tener una idea más completa de la situación real del sector automotriz, en el 2015 se vendieron 165, 000 vehículos, y estimándose que este 2016 el parque automotor crecerá a 2.6 millones de vehículos.
Mediante observación directa, se constata que actualmente las intersecciones analizadas forman parte de las dos avenidas principales (Av. Luzuriaga y Av. Raymondi) de acceso a la zona céntrica de la ciudad de Huaraz, en donde se genera el mayor movimiento económico debido a que es una zona netamente comercial.
Debido a esto gran porcentaje de usuarios toman estas avenidas para llegar a sus destinos, por lo que dichas avenidas soportan altos índices de trasporte público y privado, conformado en gran parte por vehículos ligeros, seguidos por el trasporte colectivo (combis) y vehículos menores (moto taxis).
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de coordinación en la programación de estos semáforos consecutivos, lo que empeora aún más el flujo vehicular en la zona de estudio.
Además de esto, se observa que las intersecciones presentan movimientos y giros a la izquierda, que entran en conflicto con el paso de los peatones; también a esto se le suma la falta de señalización de paraderos, ya que se evidencia el recojo de pasajeros en las proximidades de las intersecciones, generando colas, tiempo de espera, reducción de velocidad, afectando así el flujo vehicular.
Debido a los problemas que se presentan, se propondrá una alternativa de solución para el mejorar el flujo vehicular en la zona de estudio, a partir de un análisis detallado y aplicando un software especializado para dicho fin.
Sin embargo, previo al análisis de la zona de estudio, es necesarios obtener información relevante y detallada respecto a la zonificación, geometría, movimientos permitidos, volumen vehicular e importancia de los accesos, con la finalidad de darle solución a la problemática presentada.
1.1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA
Problema general
¿Cómo influyen los resultados del análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz aplicando el software Synchro 8.0, para mejorar el flujo vehicular?
Problemas específicos
1. ¿Cuál es la situación actual realizando el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz para mejorar el flujo vehicular?
2. ¿Qué factores intervienen en el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz, para mejorar el flujo vehicular?
6 1.2. JUSTIFICACIÓN
Con la presente investigación se pretende reducir los tiempos de espera, la generación de colas, mejorar el nivel de servicio y disminuir las constantes interrupciones a causa de la programación de los semáforos, en resumen, se pretende mejorar el flujo vehicular en las intersecciones de la av. Luzuriaga y San Martin con la av. Raymondi - Huaraz.
Esto debido a que no se ha desarrollo profundamente en nuestra ciudad de Huaraz, un estudio sobre aspectos relacionados al análisis vial de intersecciones, que permitan realizar un adecuado diseño de las fases del ciclo semafórico, el reparto de los tiempos, el análisis de los movimientos permitidos y la coordinación semafórica. Y porque esta investigación servirá de antecedente y guía para próximas investigaciones relacionados al análisis vial.
Este proyecto contribuirá en la mejora del sistema de transporte, y beneficiará directamente a todos los usuarios ya sea peatones o vehículos, que transiten por las intersecciones de la av. Luzuriaga y San Martin con la av. Raymondi, e indirectamente a toda la población de la ciudad de Huaraz.
1.3. ALCANCES Y LIMITACIONES
Alcance
El alcance de la presente investigación está basado en el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi en la ciudad de Huaraz, con el fin de mejorar el flujo vehicular en dichas intersecciones.
También se pretende realizar el diseño semafórico, así como la coordinación de los dispositivos de control de las intersecciones, que en este caso se realiza mediante semáforos de tiempo fijo, esto se realizara tanto en condiciones actuales del tráfico con el fin de satisfacer la demanda en dicho escenario.
7 Limitaciones
La presente investigación se llevará a cabo en el año 2017, y tendrá una duración de 5 meses, el cual se desarrollará en las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi en la ciudad de Huaraz, por lo que estará limitada a las condiciones de tráfico de esta área de estudio.
Para esto se tomará en cuenta el aforo vehicular por accesos de cada intersección, así como las condiciones geométricas tanto de la calzada y de las bermas, semáforos y señalizaciones de la zona de estudio. Esto con el fin de proponer alternativas para mejorar el flujo vehicular.
1.4. CONTEXTO
1.4.1 UBICACIÓN
Las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi, forman parte de las dos vías principales de la ciudad de Huaraz.
La ubicación política, es la siguiente.
a) Ubicación política:
Departamento : Ancash
Provincia : Huaraz
Distrito : Huaraz
1.5. OBJETIVOS
Objetivo General
8 Objetivos Específicos
1. Determinar la situación actual realizando el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz para mejorar el flujo vehicular.
2. Examinar los factores que intervienen en el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz, para mejorar el flujo vehicular.
3. Plantear alternativas de solución óptimas, realizando el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz para mejorar el flujo vehicular.
1.6. HIPOTESIS Y VARIABLES
1.6.1 HIPOTESIS
Hipótesis General
Con los resultados del análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz aplicando el software Synchro 8.0, mejora el flujo vehicular.
Hipótesis Secundarias
1. Determinado la situación actual con el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz, mejora el flujo vehicular.
2. Realizando el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz se encuentra los factores que intervienen en la mejora del flujo vehicular.
9 1.6.2 VARIABLES
Variable independiente:
Análisis vial de las intersecciones.
Variable dependiente:
Mejorar el flujo Vehicular
1.6.3 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES
VARIABLES DEFINICIÓN
CONCEPTUAL
DEFINICIÓN
OPERATIVA DIMENSIONES INDICADORES
Análisis vial de las
intersecciones.
Consiste en el estudio detallado para entender las características y el
comportamiento del tránsito.
Metodologías para conocer las
Condiciones geométricas, Condiciones de tránsito y Condiciones semafóricas.
Condiciones geométricas
Zonificación Número de carriles Ancho de carril Pendiente
Estacionamiento o parqueo
Condiciones de tránsito
Volumen de
demanda
Factor de hora pico
Condiciones semafóricas
Longitud de ciclo Tiempo del verde efectivo
Tiempo de ámbar Tiempo de "todo rojo"
Mejorar el flujo Vehicular
Describe la forma como
circulan los
vehículos
Se procederá a determinar las características básicas del flujo vehicular que son la tasa de flujo, la velocidad y la densidad.
tasa de flujo Volumen ajustado
Velocidad
Ciclo optimo Capacidad
Grado de
saturación
Densidad
Demoras
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CAPITULO II: MARCO METODOLÓGICO
2.1. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
Tipo de investigación: Investigación Descriptiva
Diseño: No experimental – Transversal
2.2. POBLACIÓN Y MUESTRA
Población:
La población propuesta para el desarrollo de la investigación constituye las intersecciones viales semaforizadas en el distrito de Huaraz.
Muestra:
La muestra está representada por las intersecciones de la av. Luzuriaga y San Martin con la av. Raymondi – Huaraz, las cuales fueros elegidas en base a un muestreo intencional por su importancia y grado de congestión.
2.3. FUENTES, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
Fuentes: Para efectos de esta investigación se utilizaron como fuente de información
primaria en el lugar de los hechos las entrevistas y observaciones directas.
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Técnicas e instrumentos: Las técnicas a aplicarse serán como se detalla:
Objetivos Técnica Dato que se piensa
obtener Instrumento
Realizar el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz aplicando el software Synchro 8.0, para mejorar el flujo vehicular.
Análisis documental
Mejorar el flujo vehicular
Fichas Textuales,
Formato de
registro de tráfico, Instrumentos de campo.
Determinar la situación actual realizando el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz para mejorar el flujo vehicular.
Análisis documental
Condiciones geométricas, de tránsito y de semaforización
Fichas Textuales,
Formato de
registro de tráfico, observación
directa.
Examinar los factores que intervienen en el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz, para mejorar el flujo vehicular.
Análisis documental
Tasa de flujo, velocidad,
densidad
Fichas Textuales,
Formato de
registro de
velocidades de flujo.
Plantear alternativas de solución óptimas, realizando el análisis vial de las intersecciones de la Av. Luzuriaga y San Martin con la Av. Raymondi - Huaraz para mejorar el flujo vehicular.
Análisis documental
Coordinación de flujo vehicular y optimización de longitudes de ciclo y fases.
Fichas Textuales, cuadros de datos obtenidos,
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2.4. PLAN DE RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN
El proceso de recolección de información comprenderá las siguientes etapas que consistirá en ejecutar las siguientes acciones:
PRIMERA ETAPA: PROCEDIMIENTOS PRELIMINARES
Paso 1: Recopilación de Información
Búsqueda bibliográfica de información sobre técnicas y métodos de aforos
vehiculares, y se realizó el formato de aforo vehicular, con el fin de identificar los tipos de vehículos, movimientos permitidos.
Se recopilo información de técnicas y métodos para obtener condiciones geométricas
de calzada, bermas, velocidad de flujo, y se realizó un formato para tal fin.
Se realizó un flujograma de cada intersección en la zona de estudio.
Paso 2: Organización
Se formó grupos de trabajo para realizar el levantamiento de información necesaria.
Se capacitó a los grupos de trabajo, los datos a tomar y la forma de llenar los formatos
de aforo vehicular y condiciones geométricas.
Se ubicó una estación estratégica para realizar el aforo vehicular.
Se proporcionó los formatos para la recolección de datos.
SEGUNDA ETAPA: TRABAJO DE CAMPO
Paso 1: Condiciones Geométricas y de señalización.
Se determinará la zonificación de las intersecciones analizadas.
Se realizara la toma de medidas de la calzada, bermas, pendientes tanto en sentido
Norte a Sur y Este a Oeste.
Se determinara la ubicación de señales de tránsito, paraderos, entre otros.
Paso 2: Aforo vehicular
Se realizara el aforo vehicular en las dos intersecciones analizadas, mediante el método mecánico, empleando cámaras de video para dicho propósito.
la ubicación de las cámaras estarán en estaciones estratégicas, para captar con mayor
amplitud los movimientos de las intersecciones.
Se controlara el desarrollo de grabaciones de video, con el fin de asegurar la
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TERCERA ETAPA: TRABAJO DE GABINETE
Paso 1: Evaluación de la información recopilada en campo
Con los datos recopilados de Zonificación, Condiciones Geométricas y señalización,
se determinara parámetros iniciales de diseño semafórico.
Con los videos obtenidos del aforo vehicular, se procederá al conteo, clasificación
de vehículos y determinación de los movimientos permitidos, estos datos se llenaran en el formato de aforo vehicular.
Con los datos aforo vehicular, determinaremos los volúmenes máximos en intervalos de 15 min.
2.5. PLAN DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
Una vez obtenidos los datos en el campo, se procederá a ordenar y presentar los datos para el procesamiento respectivo, con la ayuda del programa excel y finalmente haciendo una micro simulación en el software synchro 8.0.
El procesamiento de los datos consiste en lo siguiente:
Determinación de las características geométricas
Calculo del Factor de Hora Pico (PHF) y el Volumen Horario de Máxima Demanda
(VHMD)
Ajuste de la demanda
Ajuste de la oferta
Calculo del ciclo optimo
Asignación de tiempos verdes
Calculo del Grado de Saturación por acceso y el Nivel de Servicio
Coordinación semafórica yoptimización de longitudes de ciclo y fases
Micro simulación
Plantear alternativas de solución óptimas.
2.6. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS
14
CAPITULO III: MARCO REFERENCIAL
3.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION
(Botero, 2008), en su tesis titulada “Revisión y Re-diseño de la planeación semafórica de las intersecciones viales de la ciudad de Manizales, a partir de información básica
existente”, realizó la revisión y re-diseño de la planeación semafórica de los principales corredores, intersecciones de la Av. Santander y las avenida del centro de la ciudad de Manizales, generando planes de señales en procura de una mejor coordinación de los corredores y obtener olas verde que mejoran la movilidad, reduciendo las demoras que experimentan los vehículos por falta de coordinación y planeación de la red de semáforos.
Con los resultados obtenidos de la investigación, se concluye que es posible mejorar la planeación semafórica, ya que permite identificar el estado actual, nivel de servicio de cada intersección. A demás menciona que con un control y planeación de la circulación de los vehículos de servicio público (en cuanto a paraderos controlados), la movilidad en las avenidas del centro de la cuidad aumentaría de forma importante. Señala también que las intersecciones con movimientos a la izquierda que necesitan una fase para su trayectoria, son los que presentan un nivel de servicio más bajo y dan el ritmo y ancho de banda de la ola verde del corredor. Por lo tanto, se debe buscar alternativas que eliminen dichos movimientos, ya sea con carriles de giro exclusivo (si el espacio y la geometría lo permiten) o por medio de otras alternativas operativas (fases semafóricas).
(Tarquino, 2010), en su investigación denominada “Simulación microscópica de tránsito para coordinación de semáforos en progresión en vías urbanas – Caso Av. Aviación San
15
Así mismo demuestra que la capacidad y nivel de servicio en las principales vías de Lima Metropolitana están sobresaturadas generando congestión, especialmente en horas de máxima demanda. También concluye que el beneficio promedio de la situación con proyecto de micro simulación de transito mejora los indicadores para la capacidad de las intersecciones evaluadas en el eje vial de la Av. Aviación, reduciendo el máximo ratio de saturación v/c en un 79.40%, así mismo la sincronización de la semaforización con micro simulación de transito ayuda a reducir las demoras en las intersecciones representados en segundos por vehículo, mejorando el desempeño en un 75.40%.
(Vera, 2012), en su tesis denominada “aplicabilidad de las metodologías del HCM 2000 y synchro 7.0 para analizar intersecciones semaforizadas en Lima”; analiza si los modelos
determinísticos de tráfico HCM 2000 y Synchro 7, desarrollados en los Estados Unidos de América, brindan resultados adecuados al ser aplicados en una intersección semaforizada de Lima., y también estimaron las tasas de flujo de saturación, demoras por control y extensiones máximas de cola, que posteriormente se contrastaron con los valores directos de campo obtenidos a través de la aplicación de la técnica de medición directa Input-Output. Como resultado de los análisis de este estudio, se verificó que, para condiciones próximas a la saturación, es decir para valores de v/c mayores de 0.8, el HCM no brindaría resultados confiables, sobrestimando excesivamente las demoras y colas. Del mismo modo, este trabajo sugeriría que la aplicación de Synchro podría brindar mejores resultados siempre y cuando sean empleadas tasas de flujo de saturación medidas directamente de datos de campo, pudiéndose obtener valores de demoras entre 10% y 20% mayores a las que se presentarían realmente y brindando valores de colas equivalentes a los reales.
(Nuñez & Villanueva, 2014), en su tesis titulada “Solución Vial de la Av. Primavera
comprendida entre las Avenidas La Encalada y José Nicolás Rodrigo, Lima-Lima-Surco”,
16
instalada, tales como control de tráfico, dispositivos viales dentro de la zona de estudio y geometría de la zona, así como los flujos vehiculares que ingresan la Av. Primavera, luego determinaron la demanda vehicular que incide en la zona de estudio y realizaron el análisis de resultados obtenidos de la modelación en el Software Synchro tanto para la situación actual y 4 escenarios que buscan solucionar los problemas de demoras, saturación y niveles de servicio tanto por intersección y acceso, proyectando el flujo vehicular a 5 años. Los resultados que obtuvieron para dar solución a los problemas de demoras, saturación y niveles de servicio en la Situación Actual, fueron básicamente cambios en los dispositivos de control de tráfico, tales como cambio de tiempos de verde, ámbar y rojo, cálculo del ciclo óptimo , así como la coordinación de semáforos entre intersecciones que permiten tener el flujo vehicular lo más continuo posible; además, propone un cambio geométrico ligero en la Av. José Nicolás Rodrigo que permitirá al flujo vehicular entrante por esta avenida ir directamente a la Av. Alonso de Molina, evitando saturar la Av. Primavera.
17 3.2. MARCO TEÓRICO
El marco teórico está compuesto por seis títulos importantes para la presente investigación, que son: teoría de flujo de tráfico, semaforización, intersecciones viales, análisis vial, coordinación de intersecciones semafórizadas y micro simulación con software synchro 8.0. A continuación detallamos cada una de ellas.
3.2.1. TEORÍA DE FLUJO DE TRÁFICO
La teoría de flujo de tráfico es una herramienta que ayuda a los ingenieros de la especialidad a entender las características y el comportamiento del tránsito. Esta consiste en el desarrollo de las relaciones matemáticas entre los elementos primarios del flujo vehicular tales como flujo, densidad y velocidad. (Tarquino, 2010, pág. 9)
Dentro de ello estudiaremos los tipos de flujo de tráfico y los parámetros de flujo de tráfico.
Tipos de flujo de tráfico
El flujo de tráfico se puede dividir principalmente en dos tipos. Entendiendo que tipo de flujo está ocurriendo en una situación dada, nos puede ayudar a decidir que método de análisis y descripción son las más relevantes.
El primer tipo se denomina flujo ininterrumpido, es el flujo regulado por interacciones de vehículo – vehículo e interacciones entre los vehículos y la vía. Por ejemplo los vehículos que viajan en una vía interurbana están participando en un flujo ininterrumpido.
El segundo tipo de flujo de tráfico es el llamado flujo interrumpido, este flujo es regulado por un medio externo, como el semáforo. Bajo condiciones de flujo interrumpido las interacciones de vehículo – vehículo y vehículo – vía juegan un papel secundario en la definición de flujo de tráfico. (Tarquino, 2010, pág. 11)
18 Parámetros de flujo de tráfico
El flujo de tráfico es un fenómeno difícil de describir, sin el uso de algunos parámetros fundamentales que a continuación detallamos:
Flujo (q)
Es la tasa horaria equivalente en la cual transitan los vehículos por un punto de la vía durante un periodo menor a una hora (normalmente medidos en periodos de 15 minutos y luego extrapolados a una hora). (Tarquino, 2010, pág. 11)
Puede determinarse mediante:
𝑞 =𝑛𝑥3600
𝑇 𝑣𝑒ℎ/ℎ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ (1)
Donde:
n = Numero de vehículos que transitan por un punto de la vía en T segundos.
q = Flujo horario equivalente.
Velocidad (V)
La velocidad de un vehículo está definida como la distancia de viaje por unidad de tiempo. La mayor parte de las veces, cada vehículo en la vía tendrá una velocidad que es un distinta del resto alrededor de él. En la cuantificación del flujo de tráfico, el promedio de la velocidad de tráfico es una variable significativa. Existen dos tipos de velocidad media:
Velocidad media temporal
Es la media aritmética de las velocidades de los vehículos que transitan por un punto de la vía durante un intervalo de tiempo. Se calcula mediante:
𝑢̅𝑡 =1 𝑛 ∑ 𝑢𝑖
𝑛
𝑖=1
… … … (2)
Donde:
n = Numero de vehículos que transitan por un punto de la vía.
19 Velocidad media espacial
Es la media armónica de las velocidades de los vehículos que transitan por un punto de la vía durante un intervalo de tiempo. Se obtiene al dividir la distancia total recorrida por dos o más vehículos en un tramo de vía, entre el tiempo total requerido por estos vehículos para que recorran esta distancia. Esta es la velocidad que interviene en las relaciones de flujo – densidad.
Se calcula mediante:
𝑢̅𝑠 =
𝑛
∑ (𝑢1
𝑖) 𝑛 𝑖=1
= 𝑛𝐿 ∑𝑛𝑖=1𝑡𝑖
… … … . … (3)
Donde:
n = Numero de vehículos que transitan por un punto de la vía.
ti = Tiempo que le toma al vehículo iésimo recorrer un tramo de la vía (seg).
ui = Velocidad del vehículo iésimo (m/seg).
L = Longitud del tramo de la vía (m)
Densidad (K)
Algunas veces denominada concentración, es el número de vehículos “N” que ocupan una longitud “d”, de una vía en un momento determinado. Generalmente se expresa en vehículos por kilómetro. (Cal y Mayor & Cárdenas, 2007, pág. 283). Altas densidades significan que los vehículos se encuentran muy juntos entre sí. Mientras que bajas densidades implican grandes distancias entre vehículos.
𝐾 =𝑁
𝑑 … … … (4)
3.2.2. SEMAFORIZACION
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indicaciones. Las instrucciones del semáforo se pueden complementar mediante el uso de señales y demarcaciones.
La función principal de un semáforo en el control de una intersección es dar el paso alternativamente a los distintos grupos de vehículos y/o peatones, de tal manera que éstos pasen a través de la intersección con un mínimo de problemas, riesgos y demoras. (Valencia, 2000, págs. 1-1,1-2)
A continuación, veremos la clasificación de semáforos y Cálculo de los tiempos del semáforo.
1. Clasificación de semáforos
La siguiente clasificación se basa en los mecanismos de su operación y forma de control:
a. Semáforos para vehículos
Semáforos fijos o pre sincronizados: Son aquellos que cuentan con una
programación de intervalos y secuencia de fases preestablecidos no accionados por el tránsito vehicular. El programa que rige sus características de operación tales como duración del ciclo, desfase, y otros, pueden ser modificados.
Semáforos sincronizados por el tránsito: Son aquellos cuyo funcionamiento es
sincronizado en todos los accesos a una intersección, en función a las demandas del flujo vehicular y disponen de medios (detectores de vehículos y/o peatones) para ser accionados por éste.
Semáforos adaptados al tránsito: Denominados también Semáforos Inteligentes,
son aquellos cuyo funcionamiento es ajustado continua y automáticamente en todos los accesos a una intersección, de acuerdo a la información sobre el flujo vehicular que colectan los detectores de tráfico y envían la información sobre la secuencia de fases, intervalos de fases, ciclos y/o desfases, a una Estación Central o Control Maestro.
b. Semáforos para peatones
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Con tal finalidad los lugares donde se instalen semáforos peatonales, deben complementarse con la respectiva demarcación en el pavimento.
También la implementación de semáforos con dispositivos sonoros, facilita el uso de la infraestructura existente a personas con limitación visual.
Figura N° 1. Semáforo peatonal donde se indica la localización de las ondas sonoras.
Fuente: (Ministerio de Transportes y Comunicaciones - MTC, 2016, pág. 386)
c. Semáforos especiales
Su instalación tiene por finalidad normar y controlar las siguientes situaciones singulares o especiales.
Presencia de peligro, regular velocidades, controlar intersecciones o dar indicación de “PARE”.
Regular el uso de carriles de una vía.
Indicar la prioridad de paso de vehículos de emergencia.
Aproximación de trenes en los cruces ferroviarios.(Ministerio de Transportes y
Comunicaciones - MTC, 2016, págs. 385, 387, 388)
2. Cálculo de los tiempos del semáforo
22
A continuación, se muestra una intersección de cuatro accesos operada con un semáforo de dos fases. En ella se observa en forma esquemática los conceptos de longitud de ciclo, intervalos y fases. Una fase consta de un intervalo amarillo, uno todo rojo y uno verde. (Cal y Mayor & Cárdenas, 2007, pág. 446).
Figura N° 2. Fases y diagrama de fases de una intersección con semáforos.
Fuente: (Cal y Mayor & Cárdenas, 2007, pág. 447)
23
a. Intervalo de cambio de fase o Tiempo de entre verde
Para calcular el intervalo de cambio de fase, que considere el tiempo de percepción-reacción del conductor, los requerimientos de la desaceleración y el tiempo necesario de despeje de la intersección. (Baeza & Martínez, 2012, pág. 33)
Se determina utilizando la siguiente expresión:
Intervalo de cambio de fase = Amarillo + Todo rojo
y = A + T𝑅 = (t +
v 2a) + (
W + L
v ) … … … (5)
Donde:
y = intervalo de cambio de fase, amarillo más todo rojo (s)
t = tiempo de percepción-reacción del conductor (usualmente 1.00 s) v = velocidad de aproximación de los vehículos (m/s)
a = tasa de desaceleración (valor usual 3.05 m/s2) W = ancho de la intersección (m)
L = longitud del vehículo (valor típico 6.10 m)
Figura N° 3. Intervalo de cambio de fase
24 b. Longitud del ciclo
Para (Cal y Mayor & Cárdenas, 2007, pág. 449), la demora mínima de todos los vehículos en una intersección con semáforos, se puede obtener para una longitud de ciclo óptimo de:
𝐶𝑜=
1.5 𝐿 + 5 1 − ∑∅𝑖=1𝑌𝑖
… … … (6)
𝑌𝑖 =𝑞𝐴𝐷𝐸
𝑆 … … … (7)
Donde:
Co = tiempo óptimo de ciclo (s)
L = tiempo total perdido por ciclo (s)
Yi = 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 (tasa de ocupación)
Φ = número de fases
qADE = Flujos directos equivalentes por movimiento o carril o acceso.
S = Flujo de saturación por grupo de carril o carril o acceso.
c. Vehículos equivalentes
La presencia de vehículos pesados (camiones y buses) en una intersección y los movimientos hacia la izquierda y hacia la derecha, hacen necesario la presencia de factores de equivalencia.
El factor de ajuste por efecto de vehículos pesados, se calcula con la siguiente expresión:
𝑓𝐻𝑉 =
100
100 + 𝑃𝑇(𝐸𝑇 − 1) + 𝑃𝑅(𝐸𝑅 − 1)
… … … (8)
Donde:
fHV = Factor de ajuste por efecto de vehículos pesados
PT = Porcentaje de camiones en la corriente vehicular
25
ET = Factor de automóviles equivalentes a un camión
ER = Factor de automóviles equivalentes a un vehículo recreativo
Los factores ET y ER se obtiene del cuadro siguiente:
Cuadro N° 1. Factores de ajuste por presencia de vehículos pesados.
PASSENGER-CAR EQUIVALENTS TRUCKS AND BUSES AND RVs IN GENERAL TERRAIN SEGMENTS
Type of terrain
Factor Level Rolling Mountainous
Trucks and buses, ET 1.5 2.5 4.5
RVs, ER 1.2 2.0 4.0
Fuente: (TRB, 2010, págs. 14-15)
d. Flujo de saturación (s) y tiempo total perdido (L)
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 termine el verde. El flujo de saturación es la tasa máxima de vehículos que cruzan la línea, que puede ser obtenida, cuando existen filas y éstas aún persisten hasta el final del periodo verde. En este caso, se tiene un período de verde completamente saturado. (Baeza & Martínez, 2012, pág. 35)
Por otra parte el tiempo total perdido por ciclo, es la suma de los tiempos perdidos por fase (amarillo y todo rojo), que está representada mediante:
𝐿 = ∑(𝐴𝑖+ 𝑇𝑅𝑖
𝜑
𝑖=1
) … … … (9)
e. Asignaciones de tiempos verdes
Tiempo verde efectivo
Para (Cal y Mayor & Cárdenas, 2007, pág. 454), el tiempo verde efectivo total gT, disponible por ciclo para todos los accesos de la intersección, está dado por:
gT = C − L = C − [∑(Ai+ TRi) φ
i=1
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Donde:
gT = tiempo verde efectivo total por ciclo disponible para todos los accesos
C = longitud actual del ciclo (redondeando Co a los 5 segundos más cercanos)
Asignaciones de tiempo verde por cada fase
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:
𝑔𝑖 =
𝑌𝑖
∑𝜑𝑖=1𝑌𝑖(𝑔𝑇) =
𝑌𝑖
𝑌1+ 𝑌2+ ⋯ + 𝑌𝜑
(𝑔𝑇) … … … (11)
Recuérdese que Yi es el valor máximo de la relación entre el flujo actual y el flujo de saturación, para el acceso o movimiento o carril crítico de cada fase i.
Tiempo de luz roja por fase
Una vez conocido la longitud de ciclo, tiempo de luz ámbar, todo rojo y verde efectivo; el tiempo de la luz roja se determina como sigue:
𝑅 = 𝐶 − 𝐴𝑖 − 𝑇𝑅 − 𝑉𝑖 … … … (12)
3.2.3. INTERSECCIONES VIALES
Se denomina como intersección a un área que es compartida por dos o más caminos, y cuya función principal es posibilitar el cambio de dirección de la ruta. La intersección varía en complejidad desde un simple crucero, con sólo dos caminos que se cruzan entre sí, hasta una intersección más compleja, en la cual se cruzan tres o más caminos dentro de la misma área. A continuación, estudiaremos la clasificación de intersecciones y los tipos de intersecciones a nivel.
1. Clasificación de intersecciones
27 a. Intersecciones a desnivel
Las intersecciones a desnivel constan de estructuras que distribuyen al tránsito para que cruce a niveles diferentes sin interrupción (distancias verticales). El potencial de accidentes en las intersecciones a desnivel se reduce, porque se eliminan muchos conflictos potenciales entre los flujos vehiculares que se cruzan.
b. Intersecciones a nivel
Las intersecciones a nivel tienen una inmensa posibilidad de variación, ya que no existen soluciones de aplicabilidad general. Resultan más costosas de resolverse en cuanto al diseño geométrico, debido fundamentalmente a que dos vías comparten una misma superficie de calzada en la intersección. La superficie común a ambas vías genera un conflicto sobre quien tiene la prioridad de paso, o de uso de la calzada. (Baeza & Martínez, 2012, págs. 39 - 41)
2. Tipos de Intersecciones a Nivel
Dentro de la innumerable variedad que supone el conjunto de las intersecciones, es posible definir una tipología que permite clasificar la mayor parte de los casos reales.
a. Empalmes (3 Ramas o Accesos)
Se llama así a las configuraciones de tres ramas o accesos, que asemejan una “T” o una “Y”. En éstas, es frecuente el caso de ramas de diversa importancia, lo cual se
determina mediante los conteos pertinentes. La cantidad de movimientos posibles es seis, si todas las ramas tienen doble sentido, y cuatro y dos si una de ellas o todas tiene sentido único, respectivamente. Esto sin considerar la posibilidad de giros en “U”.
b. Cruces (4 Ramas o Accesos)
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único, respectivamente (sin giros en “U”). La importancia de los movimientos se detecta mediante conteos.
c. Encuentros (Más de 4 Ramas o Accesos)
Este tipo de intersección es difícil de tratar y por lo general se prefiere suprimir una de las ramas o accesos, empalmándola con otra fuera de la intersección, si ello es posible. Si no lo es, la solución suele ser complicada o del tipo giratorio, o bien fuerza al establecimiento de sentidos únicos a algunas de las ramas. (Contreras, 2014, pág. 306)
Cuadro N° 2. Tipos de Intersecciones a Nivel
Intersecciones Ramales Ángulos de cruzamiento
En T Tres Entre 60° y 120°
En Y Tres < 60° y > 120°
En X Cuatro < 60°
En + Cuatro > 60°
En estrella Más de cuatro -
Intersecciones Rotatorias o Rotondas Más de cuatro -
Fuente: (Ministerio de Transportes y Comunicaciones-MTC, 2013, pág. 238)
3.2.4. ANALISIS VIAL
El análisis vial estará basado fundamentalmente en el Highway Capacity Manual (HCM 2010), que es una publicación que hizo el National Research Council en Estados Unidos, por medio de Transportation Research Board (TRB), que proporciona un conjunto lógico de los métodos de evaluación de dispositivos de tránsito o instalaciones de transporte. Siendo este manual una importante herramienta ampliamente utilizada por organismos, instituciones y profesionales dedicados al área de transportes.
3.2.4.1. Esquema operacional
29
ponderados de cada factor, agregarlos a un solo factor de todo. Un esquema fácil para entender el procedimiento es el siguiente:
Figura N° 4. Metodología de análisis de intersecciones señalizadas.
Fuente: (TRB, 2010, págs. 16-2)
3.2.4.2. Datos de entrada
Los datos de entrada se dividen en 3 grupos importantes: a) Condiciones geométricas, b) Condiciones de tráfico, y c) Condiciones semafóricas. En el cuadro siguiente podemos verificar los parámetros de cada grupo:
Datos de entrada
* Condiciones geometricas.
* Condiciones de transito.
* Condiciones semafóricas.
Ajuste de Demanda
* Grupo de Carriles
* Determinaion de la tasa de flujo.
Ajuste de la Oferta
* Factores de ajuste
* Flujo de saturación
Capacidad y Relación V/C
* Capacidad * Relación volumen/capacidad
Medidas de efectividad
* Demoras * Niveles de
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Cuadro N° 3. Datos de entrada necesarios para el análisis vial.
Tipo de condición Parámetros de entrada
Condiciones geométricas
- Tipo de área
- Número de carriles, N - Ancho de carril, W (m) - Pendiente, G (%)
- Existencia de carril exclusivo izquierdo o derecho, LT
o RT
- Existencia de parqueo
Condiciones de tráfico
- Volumen de demanda por movimiento, V (veh/h)
- Tasa de flujo de saturación ideal, S0 (autos/h/carril)
- Factor de hora pico, FHP
- Presencia de vehículos pesados, PT (%)
- Volumen peatonal, Vped (p/h)
- Número de paradas de buses en la intersección, Nb (buses/h)
- Actividad de maniobras de parqueo, Nm - Tipo de llegada
- Proporción de vehículos que llegan en verde, P
Condiciones de señalización
- Longitud de ciclo, C (seg)
- Tiempo de verde efectivo, G (seg) - Tiempo de ámbar
- Tiempo de todo rojo - Periodo de análisis, T (h)
Fuente: (TRB, 2010, págs. 18-8)
3.2.4.3. Ajuste de la Demanda
Agrupación de grupo de carriles
31
Figura N° 5. Agrupaciones típicas de grupo de carriles
Fuente: (TRB, 2010, págs. 18-34)
Determinación de la tasa de flujo ajustado
Está representado por el volumen horario de máxima demanda sobre el factor de hora pico (FHP).
FHP = 𝑉𝐻𝑀𝐷
4 ∗ 𝑀𝑎𝑥(𝑉15) … … … (13)
𝑉𝑝=
𝑉𝐻𝑀𝐷 FHP (𝑓HV)
… … … (14)
Donde,
Vp = Tasa de flujo durante los 15 minutos pico (veh/ h).
Max(V15) = Máxima tasa de flujo en periodos de 15 min (veh/ h).
VHMD = Volumen horario de máxima demanda (veh/ h).
FHP = Factor de hora pico.
32
Para seleccionar el volumen pico para cada movimiento se recomienda observar directamente los flujos y se selecciona el más crítico en los 15 min de análisis.
3.2.4.4. Ajuste de la Oferta
Determinación de la tasa de flujo de saturación
Según (Contreras, 2014, pág. 236), el flujo de saturación se expresa en vehículos por hora de luz verde, y puede determinarse mediante estudios de campo o calcularse con la siguiente expresión:
S = S0∗ N (fw)(fHV)(fg)(fp)(fbb)(fa)(fLU)(fLT)(fRT)(fLpb)(fRpb)... (15)
Donde:
S = tasa de flujo de saturación del grupo de carriles (vehículos/hora verde) So = tasa de flujo de saturación base por carril (autos/hora verde/carril) N = número de carriles del grupo de carriles
fW = factor de ajuste por ancho de carril fHV = factor de ajuste por vehículos pesados fg = factor de ajuste por pendiente del acceso
fp = factor de ajuste por estacionamiento adyacente al grupo de carriles fbb = factor de ajuste por bloqueo de buses que paran en el área de la
intersección
fa = factor de ajuste por tipo de área
fLU = factor de ajuste por utilización de carriles fLT = factor de ajuste por vueltas a la izquierda fRT = factor de ajuste por vueltas a la derecha
fLpb = factor de ajuste por peatones y bicicletas para vueltas vehiculares a la izquierda
fRpb = factor de ajuste por peatones y bicicletas para vueltas vehiculares a la derecha
Los factores de ajuste a la tasa de flujo de saturación se definen a continuación:
33
Tasa de flujo de saturación en condiciones ideales (So)
El HCM 2010, precisa que cuando la intersección se encuentre en un área metropolitana con 250,000 habitantes o más, el flujo de saturación ideal es de 1900 ADE/h/carril (automóviles directos equivalentes/hora verde /carril), y en otras ciudades es 1750 ADE/h/carril.
Factor de ajuste por ancho de carril (fW)
Este factor se determina de acuerdo al ancho de carril, en ningún caso el ancho debe ser menor a 2.4 m, cuando llega a pasar los 4.8 m se debe analizar como dos carriles.
Cuadro N° 4. Factor de ajuste por ancho de carril
Ancho promedio de carril (m) Ajuste por ancho de carril (fW)
< 3.0 ≥ 3.0 – 3.92
> 3.92
0.96 1.00 1.04
Fuente: (TRB, 2010, págs. 18-40)
Factor de ajuste por pendiente del acceso fg
Este factor tiene en cuenta el efecto de las rampas y pendientes, y se aplica un factor de corrección, este factor se mantiene para pendientes entre un rango de -6% a 10%.
𝑓𝑔 = 1 −
%𝐺
200… … … (16)
Donde:
%G = porcentaje de pendiente del acceso.
Factor de ajuste por estacionamiento o parqueo fp
34
𝑓𝑝 =
𝑁 − 0.1 −18𝑁3600𝑚
𝑁 … … … (17)
Donde:
N = número de carriles del grupo.
Nm = número de maniobras de estacionamiento/hora
Factor de ajuste por bloqueo de buses fbb
En el análisis es importante tener en cuenta el transporte público, el cual genera impacto por cargar o descargar pasajeros en la anterior o posterior de la intersección en una distancia de 76 m de la línea de parada. Si se presenta más de 250 autobuses/hora se debe ajustar como límite práctico, y se debe considerar un tiempo promedio de bloqueo de 14.4 seg durante la señal semafórica. (Si bloquea los carriles de circulación)
𝑓𝑏𝑏 = 𝑁 −14.4 𝑁𝐵
3600
𝑁 … … … (18) Donde:
Nb = número de buses que paran/hora
Factor de ajuste por tipo de área fa
Es importante identificar la ubicación de la intersección, para un adecuado análisis. fa = 0.90 (Zonas comerciales CBD)
fa = 1.00 (Otras zonas)
Factor de ajuste por utilización de carriles fLU
Se determina mediante la ecuación siguiente:
𝑓𝐿𝑈 =
𝑉𝑔
𝑉𝑔1∗ 𝑁… … … (19)
35
Factor de ajuste por vueltas a la izquierda fLT
Este factor esta dado de acuerdo al tipo de carril: Carril exclusivo, fLT = 0.95
Carril compartido
𝑓𝐿𝑇 = 1
1 + 0.05𝑃𝐿𝑇
… … … (20)
PLT: Proporción de vueltas a la izquierda en el grupo de carriles
Factor de ajuste por vueltas a la derecha fRT
El HCM 2010, propone utilizar los siguientes factores: Carril único o exclusivo, fRT = 0.85
Carril doble, fRT = 1 - 0.15PRT………(21)
PRT: Proporción de vueltas a la derecha en el grupo de carriles
Factor de ajuste por peatones y bicicletas para vueltas vehiculares a la
izquierda fLpb y derecha fRpb
Este factor es igual a la proporción del tiempo que la zona de conflicto (peatón – vehículo) está desocupada.
Para giros a la izquierda se determina mediante:
𝑓𝐿𝑝𝑏 = 1 − 𝑃𝐿𝑇(1 − 𝐴𝑝𝑏𝑇)(1 − 𝑃𝐿𝑇𝐴) … … … (22)
Para giros a la derecha se determina mediante:
𝑓𝑅𝑝𝑏 = 1 − 𝑃𝑅𝑇(1 − 𝐴𝑝𝑏𝑇)(1 − 𝑃𝑅𝑇𝐴) … … … (23)
Donde:
ApbT = ajuste de ocupación para giros en la fase permitida.
PLTA = Proporción de giro a la izquierda en la fase protegida sobre el total de verde del grupo.
PRTA = Proporción de giro a la derecha en la fase protegida sobre el total de verde del grupo.
36
Luego el factor de ajuste de la ocupación en la fase permitida para giros ApbT es:
𝐴𝑝𝑏𝑇= 1 − 𝑂𝐶𝐶𝑟; 𝑠𝑖 𝑁𝑟𝑒𝑐 = 𝑁𝑡𝑢𝑟𝑛 … … … (24)
𝐴𝑝𝑏𝑇 = 1 − 0.6 ∗ 𝑂𝐶𝐶𝑟; 𝑠𝑖 𝑁𝑟𝑒𝑐 > 𝑁𝑡𝑢𝑟𝑛 … … … (25)
Donde:
Nturn = Número de carriles de giro. Nrec = Número de carriles de recepción OCCr = Ocupación de la zona de conflicto
La ocupación de la zona de conflicto (OCCr) en el tiempo verde para peatones y ciclistas se calcula como sigue:
𝑂𝐶𝐶𝑟 = (𝑔𝑝𝑒𝑑
𝑔 𝑂𝐶𝐶𝑝𝑒𝑑𝑔) + 𝑂𝐶𝐶𝑏𝑖𝑐𝑔− ( 𝑔𝑝𝑒𝑑
𝑔 𝑂𝐶𝐶𝑝𝑒𝑑𝑔. 𝑂𝐶𝐶𝑏𝑖𝑐𝑔) … … … (26)
Cuadro N° 5. Variables para ajuste por peatones y ciclistas
Formulas Definición de variables
𝑂𝐶𝐶𝑝𝑒𝑑𝑔 = 𝑣𝑝𝑒𝑑𝑔⁄2000 ;
para vpedg < 1000 p/h
𝑂𝐶𝐶𝑝𝑒𝑑𝑔 = 0.4 +𝑣𝑝𝑒𝑑𝑔⁄10000 ;
para 1000 ≤ vpedg < 5000 p/h
𝑣𝑝𝑒𝑑𝑔= 𝑣𝑝𝑒𝑑𝐶⁄𝑔𝑝𝑒𝑑
𝑂𝐶𝐶𝑏𝑖𝑐𝑔 = 0.02 +𝑣𝑏𝑖𝑐𝑔⁄2700
𝑣𝑏𝑖𝑐𝑔 = 𝑣𝑏𝑖𝑐𝐶⁄𝑔
vpedg = volumen de peatones en el tiempo verde para peatones.
vbicg = volumen de ciclistas en el tiempo verde para peatones y ciclistas.
C = longitud de ciclo.
g = tiempo verde efectivo del ciclo. gped = tiempo verde efectivo para peatones.
37
3.2.4.5. Determinación de la Capacidad y la Relación v/c
Capacidad
En intersecciones semaforizadas la capacidad se basa en los conceptos de flujo de saturación y tasa de flujo de saturación. Se calcula mediante la siguiente Ecuación:
𝑐𝑖 = 𝑠𝑖∗ (𝑔𝑖
𝐶) … … … (27)
Donde,
ci = Capacidad del grupo de carriles i (veh/h).
si = Tasa de flujo de saturación para el grupo de carriles i (veh/h). gi = Tiempo de verde efectivo para el grupo de carriles i (s). C = Longitud del ciclo del semáforo (s).
gi/C = Proporción de verde efectivo para el grupo de carriles i.
Relación Volumen/Capacidad
Otra denominación puede ser el grado de saturación ya que representa el resultado de la tasa de flujo (v) sobre la capacidad (c). Para un mejor manejo del término cuando se hace el análisis lo representamos con una X se calcula empleando la siguiente ecuación:
𝑋𝑖 =
𝑣𝑖 𝑐𝑖
= 𝑣𝑖
𝑠𝑖 ∗ (𝑔𝑖⁄ )𝐶
=𝑣𝑖 ∗ 𝐶 𝑠𝑖 ∗ 𝑔𝑖
… … … (28)
Donde:
Xt = Relación v/c o grado de saturación para el grupo de carriles i.
vi = Tasa de flujo de demanda actual o proyectada para el grupo de carriles i (veh/h). ci = Capacidad del grupo de carriles i.
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Grupos de carriles críticos y grado de saturación crítico
Los grupos de carriles críticos para cada fase son aquellos que presentan la mayor relación de flujo v/c y se emplean para evaluar la intersección en su conjunto (forma agregada) con respecto a su geometría y a la duración del ciclo, dando lugar al grado de saturación crítico de la intersección (Xc) que se obtiene mediante
𝑋𝑖 = ( 𝐶
𝐶 − 𝐿) ∗ ∑ ( 𝑣 𝑠)𝑐𝑖
… … … (29)
Donde,
Xc = relación v/c crítica o grado de saturación crítico para la intersección.
Σ(v/c)ci = sumatoria de las relaciones de flujo para todos los grupos de carriles
críticos i C = longitud del ciclo (s).
L = tiempo perdido total por ciclo, calculado como tiempo perdido, tL, para la
trayectoria crítica de los movimientos (s).
3.2.4.6. Medidas de Eficiencia
Demoras
Son una evaluación del comportamiento que nos ofrece la capacidad de la intersección. La evaluación está basada en el promedio de las demoras de los vehículos que transitan por la intersección.
La demora se dividirá en dos componentes por cada uno de los carriles o líneas:
Demora uniforme
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𝑑1 = 0.5𝐶 (1 − 𝑔 𝐶)
2
1 − [min(1, 𝑋𝑖).𝑔𝐶]… … … (30)
Donde:
g = Tiempo de verde efectivo para el grupo de carriles (s) C = Longitud del ciclo optimo
Xi : Grado de saturación para el grupo de carriles.
Demora incremental
La demora incremental d2, toma en consideración las llegadas aleatorias, que ocasiona que algunos ciclos se sobresaturen. Se expresa como:
𝑑2 = 900𝑇 [(𝑋𝑖− 1) + √(𝑋𝑖− 1)2+4𝑋𝑖
𝑐𝑇] … … … (31)
Donde:
T = duración del período de análisis (0.25 h) c = capacidad del grupo de carriles (veh/h).
Xi = Grado de saturación o relación volumen capacidad
Demora por cola inicial
Es la demora adicional que se genera debido a las colas residuales (remanentes o insatisfechas) del periodo previo, ya que estas deberán primero despejar la intersección antes de dar paso a los vehículos que llegan durante el periodo de análisis. La demora por cola inicial d3 se calcula mediante la siguiente ecuación:
𝑑3 =
1800 ∗ 𝑄𝑏(1 + 𝑢)𝑡
𝑐𝑇 … … … (32)
Donde:
Qb = Cola inicial al principio del periodo T (veh) c = capacidad (veh/h)
