FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TESIS
“EVALUACIÓN DEL NIVEL DE SERVICIO POR ANÁLISIS DE TRAFICO EN LA INTERSECCIÓN SEMAFORIZADA MARISCAL
CASTILLA – JULIO SUMAR EL TAMBO, 2015”
PRESENTADO POR:
OSORES TORRES VICTOR OSCAR
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
Huancayo – 2016
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TESIS
“EVALUACIÓN DEL NIVEL DE SERVICIO POR ANÁLISIS DE TRAFICO EN LA INTERSECCIÓN SEMAFORIZADA MARISCAL
CASTILLA – JULIO SUMAR EL TAMBO, 2015”
PRESENTADO POR:
OSORES TORRES VICTOR OSCAR
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
ASESOR:
Mg. AUGUSTO GARCIA CORZO
Huancayo – 2016
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL
CENTRO DEL PERU
ii DEDICATORIA
A mis padres, por el apoyo continuo
durante todo el tiempo de mis
estudios profesionales.
iii AGRADECIMIENTOS
Este trabajo de investigación no hubiera sido posible sin la ayuda de familiares y amigos que de alguna u otra forma contribuyeron desinteresadamente con el autor.
En primer lugar quiero agradecer a mis padres, quienes con su confianza mantuvieron siempre mi aliento y la motivación para la culminación de esta tesis.
En segundo lugar quisiera agradecer a todas aquellas personas que con su tiempo, paciencia, consejos y apoyo; lograron hacer posible que este desafío sea cumplido.
A todos ellos mis más sinceros agradecimientos y mejores deseos.
iv INDICE GENERAL
DEDICATORIA ... ii
AGRADECIMIENTOS ... iii
INDICE DE TABLAS ... x
INDICE DE FIGURAS ... xii
INDICE DE ANEXOS ...xxii
RESUMEN ...xxiv
CAPÍTULO 1 ... 1
INTRODUCCIÓN ... 1
1. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ... 3
1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ... 3
1.1.1 FORMULACION DEL PROBLEMA GENERAL ... 5
1.1.2 FORMULACIÓN DE LOS PROBLEMAS ESPECIFICOS ... 5
1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 6
1.2.1. OBJETIVOS GENERAL ... 6
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 6
1.3. FORMULACIÓN DE LA HIPOTESIS ... 7
1.3.1. HIPÓTESIS GENERAL ... 7
1.3.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS ... 7
CAPÍTULO 2 ... 8
REVISIÓN DE LA LITERATURA ... 8
v
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 8
2.2. CARACTERISTICAS DEL FLUJO VEHICULAR ... 10
2.2.1. PARÁMETROS MACROSCOPICOS ... 10
2.2.2. PARÁMETROS MICROSCÓPICOS ... 14
2.3. MODELACIÓN DEL TRAFICO ... 15
2.3.1. VALORES POR DEFECTO ... 15
2.4. FLUJO DISCONTINUO EN INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS ... 17
2.4.1. HEADWAYS DE ENTRADA ... 17
2.4.2. TASA DE FLUJO DE SATURACIÓN Y TIEMPO PERDIDO ... 19
2.4.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS .. 19
2.4.4. TEORÍA DE COLAS ... 22
2.5. CAPACIDAD Y NIVEL DE SERVICIO ... 26
2.5.1. CAPACIDAD EN INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS ... 28
2.5.2. NIVEL DE SERVICIO EN INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS ... 28
2.6. ANÁLISIS OPERACIONAL ... 31
2.7. DATOS DE ENTRADA ... 32
2.7.1. CONDICIONES GEOMETRICAS ... 32
2.7.2. CONDICIONES DE CIRCULACIÓN ... 32
2.7.3. CONDICIONES DE SEMAFORIZACIÓN ... 33
2.8. AJUSTE DE LA DEMANDA ... 35
2.8.1. AGRUPAMIENTO DE CARRILES ... 35
2.8.2. DETERMINACIÓN DE LA TASA DE FLUJO ... 36
vi
2.9. AJUSTE DE LA OFERTA ... 36
2.9.1. DETERMINACIÓN DE LA TASA DE FLUJO DE SATURACIÓN ... 36
2.9.2. FACTORES DE AJUSTE DEL FLUJO DE SATURACIÓN ... 38
2.9.2.1. AJUSTE POR ANCHO DE CARRIL (FW) ... 38
2.9.2.2. AJUSTE POR VEHÍCULOS PESADOS (FHV) ... 38
2.9.2.3. AJUSTE POR PENDIENTE DEL ACCESO (FG) ... 38
2.9.2.4. AJUSTE POR ESTACIONAMIENTOS (FP) ... 39
2.9.2.5. AJUSTE POR BLOQUEO DE BUSES (FBB)... 39
2.9.2.6. AJUSTE POR TIPO DE ÁREA (FA) ... 40
2.9.2.7. AJUSTE POR UTILIZACIÓN DE CARRIL (FLU) ... 41
2.9.2.8. AJUSTE POR GIROS A LA DERECHA (FRT) ... 42
2.9.2.9. AJUSTE POR GIROS A LA IZQUIERDA (FLT) ... 43
2.9.2.10. AJUSTE POR PEATONES Y BICICLETAS (FLPB Y FRPB)... 44
2.10. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD Y LA RELACIÓN V/C ... 46
2.10.1. CAPACIDAD... 46
2.10.2. RELACIÓN V/C ... 47
2.10.3. GRUPOS DE CARRILES CRÍTICOS Y GRADO DE SATURACIÓN CRÍTICO ... 48
2.11. MEDIDAS DE EFICIENCIA ... 49
2.11.1. DETERMINACIÓN DE LA DEMORA ... 49
2.11.2. DEMORA UNIFORME ... 50
vii
CAPÍTULO 3 ... 51
CARACTERISTICAS DE SYNCHRO 8 ... 51
3.1. AJUSTE DE LA DEMANDA ... 52
3.2. AJUSTE DE LA OFERTA ... 52
3.3. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD ... 52
3.4. DETERMINACIÓN DE LAS MEDIDAS DE EFICIENCIA ... 52
3.4.1. DEMORAS ... 52
3.4.2. MÉTODO DE WEBSTER (HCM) ... 53
3.4.3. MÉTODO DE DEMORA PERCENTIL ... 54
3.4.4. SOBRESATURACIÓN Y COLAPSOS DEL CICLO ... 55
3.4.5. NIVEL DE SERVICIO DE LA INTERSECCIÓN ... 56
3.4.6. CÁLCULO DE LONGITUDES DE COLA ... 56
CAPÍTULO 4 ... 57
TÉCNICA INPUT-OUTPUT PARA MEDICIÓN DIRECTA DE DEMORAS ... 57
Y COLAS EN INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS ... 57
4.1. ASPECTOS GENERALES ... 57
4.2. PROCEDIMIENTO DE REGISTRO DE ARRIBOS Y PARTIDAS ... 58
4.3. DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS DE ARRIBOS Y PARTIDAS ... 59
4.4. CORRECCIÓN Y AJUSTE DE LAS CURVAS DE ARRIBO ... 59
4.5. ESTIMACIÓN DE DEMORAS Y COLAS ... 63
CAPÍTULO 5 ... 65
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN... 65
viii
CAPÍTULO 6 ... 67
DESCRIPCIÓN Y RECOLECCIÓN DE DATOS DEL LUGAR ESTUDIO ... 67
6.1. LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN ... 67
6.2. SELECCIÓN DE LA INTERSECCIÓN DE ANÁLISIS ... 69
6.3. REGISTRO DEL TRÁFICO ... 71
6.4. REGLAJE DEL SEMAFORO ... 75
6.5. AFORO VEHICULAR Y SELECCIÓN DE LOS PERIODOS DE ANÁLISIS... 77
6.6. AGRUPAMIENTO DE CARRILES ... 81
6.7. AFORO PEATONAL ... 82
6.8. CONTEO DE VEHICULOS PESADOS (HV) ... 82
6.9. CONTEOS DE BUSES, BLOQUEOS Y MANIOBRAS DE ESTACIONAMIENTO ... 82
6.10. MEDICIÓN DIRECTA DE LA TASA DE FLUJO DE SATURACIÓN ... 83
6.11. MEDICIÓN DIRECTA DE LA TASA DE FLUJO DE SATURACIÓN ... 84
CAPÍTULO 7 ... 85
PROCESAMEINTO DE DATOS ... 85
7.1. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DEL HCM 2000 ... 86
7.1.1. DESCRIPCIÓN DE LA INTERSECCIÓN A ESTUDIAR ... 86
7.1.2. CARACTERISTICAS DE LA INTERSECCIÓN ... 88
7.1.3. CUADRO DE ENTRADA DE DATOS ... 88
7.1.4. VOLUMEN VEHICULAR EN LA HORA PICO... 111
7.1.5. DISTRIBUCION DE VOLUMENES DE LA HORA PICO ... 113
ix
7.1.6. DISTRIBUCION DE VEHICULOS PESADOS Y LIVIANOS (%) ... 115
7.1.6. RESUMEN DE DATOS DE LA HORA PICO ... 118
7.1.7. TASA DE FLUJO DE SATURACIÓN AJUSTADA ... 122
7.1.8. ANALISIS DE LA CAPACIDAD ... 127
7.1.9. DEMORAS Y NIVEL DE SERVICIO ... 129
7.2. APLICACIÓN DE SYNCHRO 8.0 ... 132
7.3. ALTERNATIVA DE SOLUCION PARA LA INTERSECCIÓN ESTUDIADA ... 145
CAPÍTULO 8 ... 157
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 157
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ... 156
ANEXOS... 158
PANEL FOTOGRAFICO ... 159
TABLAS Y DIAGRAMAS ... 164
x INDICE DE TABLAS
Tabla 2. Factores de Unidad Coche Patrón... 13
Tabla 3. Valores por defecto en intersecciones semaforizadas... 16
Tabla 4. Variables fundamentales en intersecciones semaforizadas (TRB, 2000, p. 10-12) ... 20
Tabla 5. Niveles de servicio en intersecciones semaforizadas ... 28
Tabla 6. Relación entre el tipo de llegada y la relación de pelotón ... 33
Tabla 7. Factor de corrección de demora por efectos de ... 64
Tabla 8. Aforo en vehículos coche patron para los accesos de las avenidas ... 77
Tabla 9. Aforo en vehículos coche patron para los accesos de las avenidas ... 78
Tabla 10. Resumen del volumen vehicular en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 112
Tabla 11. Resumen del volumen vehicular en la intersección La Marina-Mariscal Castilla ... 113
Tabla 12. Factores de ajuste para la intersección Julio Sumar – Mariscal Castilla . 126 Tabla 13. Flujo de Saturación por dirección para la intersección Julio Sumar – Mariscal Castilla ... 126
Tabla 14. Factores de ajuste para la intersección La Marina – Mariscal Castilla .... 127
Tabla 15. Flujo de Saturación por dirección para la intersección La Marina – Mariscal Castilla ... 127
Tabla 16. Capacidad vehicular para la intersección Julio Sumar - Mariscal Castilla ... 128
Tabla 17. Capacidad vehicular para la intersección Julio Sumar - Mariscal Castilla
... 129
xi Tabla 18. Demoras y Nivel De Servicio para la Intersección Semaforizada Julio
Sumar-Mariscal Castilla ... 131 Tabla 19. Demoras y Nivel De Servicio para la Intersección Semaforizada Julio
Sumar-Mariscal Castilla ... 132
Tabla 20. Cuadro de resumen de datos de la intersección por análisis de tráfico ... 158
Tabla 21. Cuadro comparativo de los Niveles De Servicio en ambas intersecciones
semaforizadas ... 159
xii INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Parámetros microscópicos (Fernández, 2008, p. 27) ... 14
Figura 2. Headways en una intersección semaforizada (TRB, 2000, p. 7-7) ... 18
Figura 3. Relaciones entre variables de distribución temporal en semáforos ... 20
Figura 4. Funcionamiento del semáforo en condiciones no saturadas ... 23
Figura 5. Funcionamiento del semáforo bajo efectos aleatorios y sobresaturación . 24 Figura 6. Magnitudes de colas en intersecciones semaforizadas ... 25
Figura 7. Metodología de análisis operacional para intersecciones semaforizadas . 31 Figura 8. Grupos de carriles típicos para el análisis de intersecciones semaforizadas ... 35
Figura 9. Factores de ajuste del flujo de saturación (TRB, 2000, p. 16-11) ... 45
Figura 10. Factores de ajuste del flujo de saturación (TRB, 2000, p. 16-11) ... 46
Figura 11. Diagrama de colas y cálculo de demora con Synchro ... 54
Figura 12. Representación gráfica de los diferentes tipos de demoras empleadas .. 58
Figura 13. Curvas empleadas en la técnica Input-Output: (a) curva de arribos o llegadas, ... 59
Figura 14. Corrección de curva de arribos cuando existe exceso de vehículos: ... 60
Figura 15. Corrección de curva de arribos cuando existe ausencia de vehículos: ... 61
Figura 16. Ajuste de curva de arribos por desfase de punto de referencia: ... 62
Figura 17. Representación gráfica de la estimación de demoras ... 63
Figura 18. Fotografía satelital de la zona de estudio (Google Earth, 2014). ... 68
Figura 19. Ubicación de la zona de estudio ... 69
Figura 20. Vista satelital de la intersección de las avenidas Julio Sumar y Mariscal
Castilla – La Marina ... 70
xiii
Figura 21. Esquema de distribución de los campos visuales de conteo de la ... 71
Figura 22. Esquema de distribución de los campos visuales de conteo de la ... 72
Figura 23. Ficha de registro para el semaforo de la intersección de la ... 73
Figura 24. Ficha de registro para el semaforo de la intersección de la ... 74
Figura 25. Registro de datos del semaforo de la intersección de la ... 75
Figura 26. Diagrama de fases de los semáforos de las avenidas ... 76
Figura 27. Registro de datos del semaforo de la intersección de la Av. La Marina y Mariscal Castilla ... 76
Figura 28. Diagrama de fases de los semáforos de las avenidas La Marina y Mariscal Castilla ... 77
Figura 29. Progresión del volumen vehicular de la Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla. ... 79
Figura 30. Progresión del volumen vehicular de la Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla. ... 79
Figura 31. Progresión del volumen vehicular de la Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla. ... 80
Figura 32. Progresión del volumen vehicular de la Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla. ... 80
Figura 34. Progresión del volumen vehicular de la Av. La Marina-Mariscal Castilla. 81 Figura 35. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (8:00- 8:15) ... 89
Figura 36. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (8:15- 8:30) ... 89
Figura 37. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (8:30-
8:45) ... 89
xiv Figura 38. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (8:45- 9:00) ... 90 Figura 39. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (9:00- 9:15) ... 90 Figura 40. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (9:15- 9:30) ... 90 Figura 41. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (9:30- 9:45) ... 90 Figura 42. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (9:45- 10:00) ... 91 Figura 43. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(10:00-10:15) ... 91 Figura 44. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(10:15-10:30) ... 91 Figura 45. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(10:30-10:45) ... 92 Figura 46. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(10:45-11:00) ... 92 Figura 47. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(11:00-11:15) ... 92 Figura 48. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(11:15-11:30) ... 92 Figura 49. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(11:30-11:45) ... 93
xv Figura 50. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(11:45-12:00) ... 93 Figura 51. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(14:00-14:15) ... 93 Figura 52. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(14:15-14:30) ... 93 Figura 53. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(14:30-14:45) ... 94 Figura 54. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(14:45-15:00) ... 94 Figura 55. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(15:00-15:15) ... 94 Figura 56. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(15:15-15:30) ... 94 Figura 57. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(15:30-15:45) ... 95 Figura 58. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(15:45-16:00) ... 95 Figura 59. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(16:00-16:15) ... 95 Figura 60. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(16:15-16:30) ... 95 Figura 61. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(16:30-16:45) ... 96
xvi Figura 62. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(16:45-17:00) ... 96
Figura 63. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (17:00-17:15) ... 96
Figura 64. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (17:15-17:30) ... 96
Figura 65. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (17:30-17:45) ... 97
Figura 66. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla (17:45-18:00) ... 97
Figura 67. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 98
Figura 68. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 98
Figura 69. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 98
Figura 70. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 99
Figura 71. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 99
Figura 72. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 99
Figura 73. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 100
Figura 74. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 100
Figura 75. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 100
Figura 76. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 101
Figura 77. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 101
Figura 78. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 101
Figura 79. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 102
Figura 80. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 102
Figura 81. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 102
xvii
Figura 82. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 103
Figura 83. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 103
Figura 84. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 103
Figura 85. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 104
Figura 86. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 104
Figura 87. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 104
Figura 88. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 105
Figura 89. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 105
Figura 90. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 105
Figura 91. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 106
Figura 92. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 106
Figura 93. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 106
Figura 94. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 107
Figura 95. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 107
Figura 96. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 107
Figura 97. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 108
Figura 98. Volumen vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 108
Figura 99. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla (8:00- 8:15) ... 109
Figura 100. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla (8:15- 8:30) ... 109
Figura 101. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla (8:30- 8:45) ... 109
Figura 102. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla (8:45-
9:00) ... 110
xviii
Figura 103. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla ... 110
Figura 104. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla ... 110
Figura 105. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla ... 111
Figura 106. Volumen vehicular de la intersección La Marina-Mariscal Castilla ... 111
Figura 107. Volumen de la hora pico en la intersección Julio Sumar - Mariscal Castilla ajustado a UCP ... 114
Figura 108. Flujo vehicular de la hora pico en la intersección Julio Sumar - Mariscal Castilla ajustado a UCP ... 114
Figura 109. Volumen de la hora pico en la intersección La Marina - Mariscal Castilla ajustado a UCP ... 114
Figura 110. Flujo vehicular de la hora pico en la intersección Julio Sumar - Mariscal Castilla ajustado a UCP ... 115
Figura 111. Porcentaje de Vehículos por tipo de la Hora Pico en la intersección ... 115
Figura 112. Porcentaje de Vehículos Pesados de la Hora Pico en la intersección . 116 Figura 113. Porcentaje de Vehículos Livianos de la Hora Pico en la intersección . 116 Figura 114. Histograma vehículos pesados y livianos por aproximaciones de la Hora Pico en la intersección Julio Sumar - Mariscal Castilla ajustado a UCP ... 116
Figura 115. Porcentaje de Vehículos por tipo de la Hora Pico en la intersección ... 117
Figura 116. Porcentaje de Vehículos Pesados de la Hora Pico en la intersección . 117 Figura 117. Porcentaje de Vehículos Livianos de la Hora Pico en la intersección . 117 Figura 118. Histograma vehículos pesados y livianos por aproximaciones de la Hora Pico en la intersección La Marina - Mariscal Castilla ajustado a UCP ... 118
Figura 119. Diagrama de sentidos por acercamientos en la intersección de la ... 119
Figura 120. Resumen de datos en la hora pico de la Av. Julio Sumar-Mariscal
Castilla ... 120
xix Figura 121. Resumen de datos en la hora pico de la Av. La Marina-Mariscal Castilla ... 121 Figura 122. Diagrama de sentidos por acercamientos en la intersección de la ... 122 Figura 123. Ventana para la creación de la intersección empleando Synchro 8.0 . 133 Figura 124. Ventana para el ingreso del Volumen vehicular de las intersecciones empleando Synchro 8.0 ... 135 Figura 125. Ventana para el ingreso de la información de la capacidad empleando Synchro 8 ... 136 Figura 126. Ventana para el ingreso de la información de la capacidad empleando Synchro 8 ... 137 Figura 127. Ventana para el ingreso de la información de la demanda empleando Synchro 8 Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 138 Figura 128. Ventana para el ingreso de la información de la demanda empleando Synchro 8 Av. La Marina-Mariscal Castilla ... 139 Figura 129. Ventana de información semafórica empleando Synchro 8 Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 140 Figura 130. Ventana de información semafórica empleando Synchro 8 Av. La
Marina-Mariscal Castilla ... 141
Figura 131. Ventana de información del Nivel De Servicio de las aproximaciones y
de las ... 142
Figura 132. Capacidad de la intersección Utilizada de la Av. Julio Sumar-Mariscal
Castilla ... 143
Figura 133. Capacidad de la intersección Utilizada de la Av. LA Marina-Mariscal
Castilla ... 143
xx Figura 134. Ciclo de semáforo y tiempos de verde en la intersección Julio Sumar- Mariscal Castilla ... 144 Figura 135. Ciclo de semáforo y tiempos de verde en la intersección Julio Sumar- Mariscal Castilla ... 145 Figura 136. Ventana para el ingreso del Volumen vehicular de las intersecciones empleando Synchro 8.0 ... 148 Figura 137. Ventana de información del Nivel De Servicio de las aproximaciones y de las ... 149 Figura 138. Ventana para el ingreso de la información de la capacidad empleando Synchro 8 ... 150 Figura 139. Ventana para el ingreso de la información de la capacidad empleando Synchro 8 ... 151 Figura 140. Ventana para el ingreso de la información de la demanda empleando Synchro 8 ... 152 Figura 141. Ventana para el ingreso de la información de la demanda empleando Synchro 8 ... 152 Figura 142. Ventana de información semafórica empleando Synchro 8 Av. La
Marina-Mariscal Castilla ... 153 Figura 143. Ventana de información semafórica empleando Synchro 8 Av. La
Marina-Mariscal Castilla ... 153 Figura 144. Ventana de ajustes de Simulación para la Av. Julio Sumar-Mariscal Castilla ... 154 Figura 145. Ventana de ajustes de Simulación para la Av. L a Marina-Mariscal
Castilla ... 154
xxi
Figura 146. Capacidad de la intersección Utilizada de la Av. Julio Sumar-Mariscal
Castilla ... 155
Figura 147. Capacidad de la intersección Utilizada de la Av. LA Marina-Mariscal
Castilla ... 155
Figura 148. Ciclo de semáforo y tiempos de verde en la intersección Julio Sumar-
Mariscal Castilla ... 156
Figura 149. Ciclo de semáforo y tiempos de verde en la intersección Julio Sumar-
Mariscal Castilla ... 156
Figura 150. Comparación de la capacidad en ambas intersecciones ... 158
Figura 151. Ciclo de semáforo y tiempos de verde en la intersección Julio Sumar-
Mariscal Castilla ... 160
Figura 152. Ciclo de semáforo y tiempos de verde en la intersección Julio Sumar-
Mariscal Castilla ... 160
xxii INDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Zona de estudio en la orientación S-N de la intersección La Marina-
Mariscal Castilla ... 160 Anexo 2. Zona de estudio en la orientación E-O de la intersección La Marina-
Mariscal Castilla ... 160 Anexo 3. Giros no permitidos en la orientación S-N de la intersección La Marina- Mariscal Castilla ... 161 Anexo 4. Zona de estudio en la orientación S-N de la intersección La Marina-
Mariscal Castilla ... 161 Anexo 5. Problema de Caos Vehicular en la intersección de la Av. Julio Sumar-
Mariscal Castilla (S-N) ... 162 Anexo 6. Giros en la intersección semaforizada de la Av. Julio Sumar-Mariscal
Castilla ... 162 Anexo 7. Flujo vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla en la
orientación (E-O) ... 163 Anexo 8. Flujo vehicular de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla en la
orientación (E-O, S-N, N-S) ... 163
Anexo 9. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(lunes) ... 165
Anexo 10. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(martes) ... 166
Anexo 11. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(miércoles) ... 167
xxiii
Anexo 12. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(jueves) ... 168
Anexo 13. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(viernes)... 169
Anexo 14. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(sábado) ... 170
Anexo 15. Volumen vehicular diario en la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla
(domingo) ... 171
Anexo 16. Evolución del volumen semanal en la intersección Julio Sumar-Mariscal
Castilla ... 172
Anexo 17. Diagrama de evolución del volumen semanal en la intersección Julio
Sumar-Mariscal Castilla ... 173
xxiv RESUMEN
Es una práctica común que las medidas de eficiencia para la evaluación del comportamiento de intersecciones semaforizadas en la ciudad de Huancayo sean determinadas empleando como herramientas las metodologías de análisis del HCM 2000 y Synchro 8; las mismas que se fundamentan en los principios de la ingeniería de tráfico y han sido desarrolladas empleando información real de campo que no necesariamente presentaría características similares a las locales, siendo necesario determinar si su aplicación directa sería válida para la obtención de valores representativos de tasas de flujo de saturación, demoras y colas.
El trabajo de investigación aquí presentado emplea las metodologías mencionadas para el análisis de la intersección Julio Sumar-Mariscal Castilla una intersección semaforizada del distrito de El Tambo; con las cuales se 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. 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, brindando valores de colas equivalentes a los reales.
1
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
La gestión e inversión del transporte urbano está delegada en las entidades públicas las cuales deben velar por brindar un eficiente servicio de las redes viales, sin embargo esto no ha sido ejecutado adecuadamente, lo que ha llevado al caos vehicular que hoy día vivimos.
Aspectos como la falta de planificación, situación económica, intereses políticos e incluso superposición de funciones son los aspectos que han contribuido a la crisis del transporte urbano, imperando el desorden, las pérdidas de tiempo al trasladarse de un lugar a otro, la congestión y la contaminación de la ciudad.
Estos problemas se agravan, continuamente pues el parque automotor crece rápidamente y las condiciones físicas de las ciudades mejoran muy poco y en algunos casos permanecen invariables.
Desde hace más de medio siglo, el semáforo ha sido el dispositivo de control de
tráfico más empleado en nuestras calles, sobre todo en aquellas intersecciones
en donde los movimientos conflictivos entre vehículos y/o peatones podrían
generar accidentes, demoras extremas o incomodidad durante la circulación.
2 Pioneros en la ingeniería de tráfico como Webster (1958), han tratado de entender y modelar el flujo en intersecciones semaforizadas; y han sido ellos quienes brindaron las primeras herramientas de análisis que hoy en día son la base para el entendimiento del funcionamiento de las intersecciones controladas por semáforos.
En la actualidad, dos de las herramientas de análisis de intersecciones semaforizadas más empleadas en el medio local son el Manual de Capacidad de Carreteras (HCM)
1y el software Synchro. Sin embargo, es común que durante su aplicación no se considere el hecho de que tanto el HCM como Synchro han sido desarrollados bajo el respaldo de una gran cantidad de investigaciones llevadas a cabo principalmente en los Estados Unidos de América; y que por lo tanto los resultados obtenidos no necesariamente serían representativos del tráfico peruano y en particular huancaíno.
La presente investigación emplea las herramientas del HCM 2000 y Synchro 7 para el análisis de la intersección semaforizada típica de la Av. Julio Sumar y Mariscal Castilla dentro de la ciudad de Huancayo, así mismo compara los resultados obtenidos y los verifica con mediciones directas de los parámetros en campo.
1 De las siglas en inglés para Highway Capacity Manual.
3
1. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Actualmente, la ciudad de Huancayo sufre una diversidad de problemas, tanto en el ámbito social, político y económico. Un aspecto transversal a todos estos conflictos es el tema del transporte, ya que está relacionado directamente con cada una de ellas.
Los ciudadanos tienen la necesidad de transportarse de un lugar a otro, debido a las diferentes actividades del quehacer diario; por tanto se requiere de una red de transporte eficiente, seguro y de bajo costo.
Huancayo viene presentando los primeros síntomas del gran problema de tráfico vehicular dando una evolución drástica en la excesiva cantidad de vehículos a razón del acelerado crecimiento poblacional que genera un problema de congestión vehicular en intersecciones de zonas focalizadas. Puesto que algunos conductores carecen de una educación vial eficiente, ocasionando un ambiente de caos y desorden. Esta transgresión causa un incremento de los accidentes automovilísticos, ya que muchos conductores manejan a alta velocidad, otros comen mientras manejan, hablan por celular, manejan en estado de ebriedad, etc.
La tercerización de empresas es muy común en la ciudad, ya que absolutamente todos tienen un mismo sistema de trabajo. Puesto que la tercerización funciona de la siguiente manera, primero la empresa de transporte público recibe una concesión de la empresa, estos contratan a propietarios que poseen una flota de vehículos (buses, microbuses, combis) y estos a su vez contratan a operadores;
que son los conductores y cobradores. Este sistema no es el más adecuado ni
4 justo para estos operadores, es por ello que se ven obligados ante las injusticias de pago a acudir a la denominada Guerra del Centavo que consiste en conseguir la mayor cantidad de pasajeros.
Otro factor importante son las inadecuadas tácticas de manejo utilizadas por los conductores de transporte público, un ejemplo de ello es el famoso correteo y el chantarse. El primero es la competencia con una o más unidades vehiculares públicas, mientras que el segundo es detenerse en una esquina, semáforo o paradero, para así conseguir la mayor cantidad de pasajeros haciendo caso omiso de los semáforos existentes en las intersecciones.
La intersección de la Av. Real y la Av. Julio Sumar del distrito de El Tambo por ser un avenida principal muy concurrida, es una de las intersecciones que viene presentando los problemas de congestión vehicular a raíz de los problemas ya mencionados.
En conclusión, los problemas de transporte público en la ciudad de Huancayo
se deben a la gran congestión vehicular, la tercerización de empresas, mala
infraestructura, educación vial deficiente. Por lo tanto el problema detectado es
la deficiente gestión de transporte para determinar el estado funcional y nivel de
servicio e intervenir de ser el caso y así conseguir una propuesta para optimizar
el nivel de servicio de la intersección y brindar comodidad, seguridad y reducir
costos de operación a los usuarios.
5 1.1.1 FORMULACION DEL PROBLEMA GENERAL
¿Cómo el análisis del tráfico permite evaluar el nivel de servicio de la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015?
1.1.2 FORMULACIÓN DE LOS PROBLEMAS ESPECIFICOS
¿Cómo influye el nivel de saturación en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015?
¿Cómo influye la coordinación de semáforos en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015?
¿Cómo influye la distribución de vías en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015?
¿Cómo influye la composición del tráfico en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015?
¿Cómo influye el flujo peatonal en la evaluación del nivel de servicio según
el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio
Sumar en el distrito de El Tambo, 2015?
6 1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.2.1. OBJETIVOS GENERAL
Evaluar el nivel de servicio por el análisis del tráfico en la intersección semaforizada mariscal castilla – Julio Sumar en el distrito de el Tambo, 2015.
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la influencia del nivel de saturación en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
Determinar la influencia de la coordinación de semáforos en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
Determinar la influencia de la distribución de áreas en la evaluación del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
Determinar la influencia de la composición en la optimización del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
Determinar la influencia del flujo peatonal en la evaluación del nivel de
servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada
Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
7 1.3. FORMULACIÓN DE LA HIPOTESIS
1.3.1. HIPÓTESIS GENERAL
El análisis del flujo de tráfico, optimiza del nivel de servicio en la intersección semaforizada mariscal castilla – Julio Sumar en el distrito de el Tambo, 2015.
1.3.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS
El nivel de saturación influye significativamente en la optimización del nivel de
servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
La influencia de la coordinación de semáforos influye significativamente en la
optimización del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
La influencia de la distribución influye significativamente en la optimización del
nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
La influencia de la composición influye significativamente en la optimización
del nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
La influencia del flujo peatonal influye significativamente en la optimización del
nivel de servicio según el análisis de tráfico en la intersección semaforizada
Mariscal Castilla – Julio Sumar en el distrito de El Tambo, 2015.
8
CAPÍTULO 2
REVISIÓN DE LA LITERATURA
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
En general, en nuestro medio no se dispone de literatura cuyo enfoque se encuentre relacionado con los objetivos del presente trabajo. Afortunadamente, algunas investigaciones realizadas en el exterior pueden dar un ápice de solución al problema planteado y ofrecen una guía para el presente trabajo.
Petraglia (1999) determina las medidas de eficiencia en intersecciones
semaforizadas aisladas empleando el HCM y Synchro, entre otras
herramientas. Así mismo, compara los resultados con valores medidos en
campo. Petraglia divide su análisis en dos fases; en la primera de ellas compara
diferentes softwares con la metodología del HCM mediante la solución de los
tres problemas de ejemplo del capítulo 9 del HCM de 1994; y en la segunda
compara los resultados obtenidos en cinco intersecciones semaforizadas con
los parámetros reales medidos en campo. Así mismo, Petraglia emplea tasas
de flujo de saturación por defecto (1900 veh/h/carril) y tasas de flujo de
saturación medidas en campo; concluyendo que ninguno de los software
9 estudiados reproduce acertadamente las demoras de parada
2, que las relaciones v/c muestran similitudes pero no son consistentes, que solo Synchro calcula valores de colas cercanos a los reales, y que el empleo de valores de flujo de saturación medidos directamente en campo mejora significativamente los resultados brindados por los softwares.
Bajo una concepción similar; Freeman, Ho y McChesney (1999) realizaron una evaluación de diversas técnicas de análisis para redes semaforizadas. En su trabajo, comparan diversas técnicas de análisis, entre ellas el HCS (Highway Capacity Software) y Synchro; pero además contrastan los resultados obtenidos para demoras de parada, niveles de servicio y colas; con los valores reales medidos en campo. El estudio concluye que los métodos de Synchro, HCS y SimTraffic
3calculan valores de demoras de parada que brindan el mismo nivel de servicio, pero encuentra diferencias en las demoras de hasta 20% con respecto de las demoras medidas. El estudio también indica que Synchro predice colas ligeramente menores a las observadas y que por lo general SimTraffic es más acertado en ambientes urbanos catalogándolo como el mejor identificando problemas de tráfico.
Por otro lado, Washburn y Larson (2002) comparan las metodologías de los programas TRANSYT-7F, Synchro 8 y HCS, dando especial atención a la demora por control
4. En este estudio se analiza una red con diez intersecciones semaforizadas, concluyendo que aun con datos de entrada
2 Petraglia emplea el HCM de 1994 en el que se determinaba el nivel de servicio a partir de la demora de parada y no de la demora por control.
3
SimTraffic es un software de simulación microscópica desarrollado por Trafficware.
4 La actualización del HCM en el año 1997 establece como medida para caracterizar a las intersecciones semaforizadas a la demora por control en lugar de la demora de parada
10 idénticos pueden esperarse diferencias importantes entre los resultados brindados por los softwares utilizados; a no ser que la intersección sea prefijada, presente llegadas aleatorias en todos sus accesos y además todos sus movimientos sean protegidos. Por último, también indican que el método de demora percentil de Synchro puede modelar con mayor detalle los efectos de actuación y coordinación de semáforos.
2.2. CARACTERISTICAS DEL FLUJO VEHICULAR
Según Ross, McShane y Prassas (en Radelat, 2003, p. 133), los parámetros que caracterizan el flujo vehicular pueden clasificarse en dos categorías. La primera corresponde a los parámetros macroscópicos, que expresan las características de las corrientes vehiculares en conjunto; y la segunda a los parámetros microscópicos, que caracterizan la interacción de vehículos individuales dentro de la corriente.
2.2.1. PARÁMETROS MACROSCOPICOS
La terminología básica de la semaforización temporizada de tráfico son descritas a continuación:
• Ciclo.- Secuencia completa de indicación de semáforo.
• C.- Duración de ciclo: Duración total de tiempo de semáforo que
completan un ciclo, está dado en segundos y su símbolo es C.
11
• Intervalo.- Período de tiempo durante el cual las indicaciones del semáforo permanecen constantes.
• Fase.- Es la parte del ciclo asignada a una combinación de movimiento de tráfico.
• Intervalo de cambio y limpieza: Es el intervalo de señales amarillo más todo rojo que ocurre entre fases, para proveer de limpieza en la
intersección antes de que los movimientos de conflicto se realicen, está dado en segundos y su símbolo es Y.
• Tiempo de verde.- Es el tiempo dentro de una fase, durante el cual el indicador muestra verde, está dado en segundos y su símbolo es g.
• Tiempo perdido.- Es el tiempo durante el cual la intersección no es efectivamente usada por algún movimiento, lo cual ocurre dentro del intervalo de cambio y limpieza (cuando la intersección está limpia) y en el comienzo de cada fase cuando los primeros vehículos de la fila inician la marcha experimentan demoras en el arranque, su símbolo es l.
• Tiempo efectivo de verde.- Es el tiempo efectivamente disponible para un movimiento, generalmente es tomado como el tiempo de verde más el intervalo de cambio y limpieza, menos el tiempo perdido para el
movimiento designado, está dado en segundos y su símbolo es gi.
• Razón efectiva de verde.- La razón efectiva de tiempo de verde para
una duración de ciclo, está dada por el símbolo gi/C.
12
• Tiempo efectivo de rojo.- Es el tiempo durante el cual un movimiento dado o grupo de movimientos no están permitidos que ocurran, la duración del ciclo menos el tiempo efectivo de verde, está dado en segundos y su símbolo es ti.
C = Duración del ciclo.
Y = Intervalo de cambio y limpieza.
g = Tiempo de verde L = Tiempo perdido
gi = Tiempo efectivo d verde gi/C = Razón efectiva de verde ti = Tiempo efectivo de rojo.
• Volumen.- Es el número de vehículos que pasan por un punto durante un periodo determinado. Generalmente se expresa en vehículos por hora (veh/h), aunque esto no implica que sea medido específicamente durante una hora (Fernández, 2008, p. 24).
• UCP.- Es el factor de unidad Coche Patrón que está dado por las
equivalencias de uniformidad a una unidad de vehículo liviano (Auto), el
UCP busca uniformizar el volumen vehicular en un solo tipo de volumen
aplicado los factor de equivalencia a los distintos tipos de vehículos. Las
equivalencias se detallan en el siguiente cuadro.
13
Tabla 1. Factores de Unidad Coche PatrónTIPO DE VEHICULO Autos Camioneta Ómnibus Microbús Combi Camión
UCP: Factor de vehículos equivalente a
una unidad de coche patrón.
1.00 1.00 3.00 2.00 1.35 2.50
Fuente: Estudios de tráfico en Perú
• Tasa de Flujo.- Representa el número de vehículos que pasan por un punto durante un intervalo menor de 1 hora (normalmente de 15 minutos), pero expresado como una tasa horaria equivalente (veh/h) (TRB, 2000, cap. 7).
A la relación entre el volumen horario total y la tasa de flujo pico dentro de la hora se denomina factor de hora pico, calculado con la Ecuación 1 (TRB, 2000, cap. 7).
𝐹𝐻𝑃 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑝𝑖𝑐𝑜(𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑎)
(Ec. 1)
Velocidad: es la relación entre el espacio recorrido y el tiempo recorrido (Radelat, 2003, p. 136). Normalmente se expresa en kilómetros por hora (Km/h).
Densidad: es el número de vehículos por unidad de longitud de la vía
(Radelat, 2003, p. 136) y se expresa en vehículos por kilómetro (veh/Km).
14 2.2.2. PARÁMETROS MICROSCÓPICOS
Estos parámetros se pueden clasificar en dos grupos (Radelat, 2003, pp.
133-134), los temporales (headway, brecha y paso) y los espaciales (espaciamiento, separación y longitud). Headway: es el intervalo de tiempo transcurrido entre el paso de puntos homólogos de vehículos consecutivos (v.g. entre ejes delanteros). Por lo general se mide en segundos (Fernández, 2008, p. 25).
Espaciamiento: es la distancia, en metros, entre dos vehículos consecutivos, que se mide desde puntos homólogos (Radelat, 2003; Fernández, 2008).
Estos y otros parámetros microscópicos son representados en la Figura 1.
Figura 1. Parámetros microscópicos (Fernández, 2008, p. 27)
15 2.3. MODELACIÓN DEL TRAFICO
La modelación del tráfico permite conocer las características actuales y predecir las características futuras del flujo vehicular a través de relaciones entre los parámetros que lo caracterizan. Existen varios niveles de modelación y su empleo dependerá básicamente del grado de detalle que se requiera (Cabrera, 2007). Entre los principales niveles podemos mencionar: modelación macroscópica, modelación microscópica y modelación mesoscópica.
Cabe mencionar que los conceptos y relaciones empleados por el HCM y Synchro provienen de un enfoque macroscópico del tráfico; por tal motivo los niveles de modelación microscópico y mesoscópico no son objeto de este estudio.
Los modelos macroscópicos analizan el tráfico como un todo sin considerar las características de los vehículos individualmente (Yand, 2007). Estos modelos relacionan los parámetros macroscópicos de volumen, densidad y velocidad; a través de la denominada ecuación fundamental del tráfico (Ecuación 2).
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 = (𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅). (𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅)
(Ec. 2)2.3.1. VALORES POR DEFECTO
Ocasionalmente, algunos valores de campo no están disponibles, entonces
podemos usar los valores por default dados en la tabla 2. Estos valores
deben ser usados cuidadosamente debiéndose hacer notar que los
16 resultados obtenidos serán más aproximados cuando se usan más valores de default.
Tabla 2. Valores por defecto en intersecciones semaforizadas
CARACTERISTICAS VALOR POR DEFECTO Trafico
Tasa de flujo de saturación ideal 1,800 – 2000 vphvpv Volumen peatonal en conflicto 0 peat./hr
- Bajo - Moderado - Alto
50 peat./hr.
200 peat./hr.
400 peat./hr.
Porcentaje de vehículos pesados 2
Pendiente 0
Número de paradas de ómnibus 0/hr.
Condiciones de estacionamiento No estacionamientos
Maniobras de estacionamientos 20/hr. Donde el estacionamiento existe
Tipo de Arribo
- Grupos de vías con movimientos continuos
3 si es aislada
- Grupos de vías sin movimientos continuos
4 si es coordinada
Factor de hora pico 0.90 Semaforización de tráfico y facilidades
Rango de duración del ciclo 60-120 seg.
Tiempo perdido en la partida 2.0 seg.
17 2.4. FLUJO DISCONTINUO EN INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS
En áreas urbanas la circulación de vehículos es interrumpida debido a los cruces entre calles y/o avenidas, lo que genera un flujo discontinuo. El principal dispositivo de regulación de tránsito en estas áreas es el semáforo, que se encarga de distribuir los diversos movimientos conflictivos durante intervalos de tiempo periódicos, ya sea restringiéndolos o permitiéndolos. Por lo tanto, en su análisis no basta considerar solo las características geométricas y la composición del tráfico, sino que además se debe incorporar el efecto de la distribución temporal.
La unidad física de análisis de estas intersecciones es el grupo de carriles, que consiste de uno o más carriles en un acceso de una intersección. Para cada grupo de carriles se presentan tres indicaciones del semáforo, que son: verde, ámbar y rojo. Además, la indicación de rojo puede incluir un periodo corto durante el cual todas las indicaciones son rojas (por seguridad para el despeje de la intersección), a lo que se denomina intervalo todo-rojo (TRB, 2000, cap.
10).
2.4.1. HEADWAYS DE ENTRADA
En una intersección semaforizadas se generan colas durante el periodo rojo;
una vez que la indicación cambia a verde la cola inicia su movimiento y los
vehículos cruzan la línea de parada ingresando a la intersección. El primer
headway de entrada comprende el tiempo transcurrido entre el inicio del
verde y el paso de los ejes frontales del primer vehículo (incluye el tiempo de
18 reacción-arranque del conductor), el segundo headway comprende el tiempo entre el paso del eje frontal del primer vehículo y el eje frontal del segundo (será menor debido a que la reacción-arranque ocurre en simultaneo con el primer headway). Los demás vehículos siguen un procedimiento similar hasta que el efecto de reacción-arranque se disipa y el headway se hace constante, lo que ocurre generalmente luego del cuarto vehículo
5(TRB, 2000, cap. 7; Radelat, 2003, pp. 144-145). En las Figura 2 se representa este fenómeno.
Figura 2. Headways en una intersección semaforizada (TRB, 2000, p. 7-7)
5Greenshields et al, realizaron un estudio en 1947 en el que se determinó que el headway se hace constante a partir del sexto vehículo y tiene un valor aproximado de 2.1s (citado en Radelat, 2003, p.
145).
19 2.4.2. TASA DE FLUJO DE SATURACIÓN Y TIEMPO PERDIDO
Al headway mínimo que se genera a partir del cuarto vehículo se le suele llamar headway de saturación (h) y al volumen correspondiente se le denomina tasa de flujo de saturación (Radelat, 2000, p. 145). La tasa de flujo de saturación representa el número de vehículos por hora y por carril que pueden pasar por una intersección semaforizada si la indicación de verde estuviera disponible todo el tiempo, los vehículos no se detuvieran y no existieran headways demasiado largos (TRB, 2000, cap. 7). Por definición, se calcula mediante la Ecuación 3.
𝑺 =
𝟑𝟔𝟎𝟎𝒉(Ec. 3)
Donde:
s: tasa de flujo de saturación
6(veh/h).
h: headway de saturación (s).
2.4.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS INTERSECCIONES SEMAFORIZADAS
Por simplificación, todo el tiempo perdido se aplica al inicio del movimiento del grupo de carriles. La Figura 3 y las Ecuaciones 4, 5 y 6 muestran las relaciones entre las principales variables para cada movimiento.
Adicionalmente, en la Tabla 3 se presentan las definiciones de las
6 Bajo condiciones ideales, el flujo de saturación suele variar entre 1700 y 1900 veh/h/carril, lo que corresponde a headways de saturación de 2.1s a 1.9s (Radelat, 2003, p. 145).
20 principales variables empleadas en análisis de intersecciones semaforizadas (TRB, 2000, cap. 10).
Figura 3. Relaciones entre variables de distribución temporal en semáforos (adaptado de TRB, 2000, p. 10-13)
𝑡
𝑙= 𝑙
1+ 𝑙
2= 𝑙
1+ 𝑌
𝑖− 𝑒
(Ec. 4)𝑔
𝑖= 𝐺
𝑖+ 𝑌
𝑖− 𝑡
𝐿(Ec. 5)
𝑟
𝑖= 𝑅
𝑖− 𝑇𝑅 + 𝑡
𝐿(Ec. 6)
Tabla 3. Variables fundamentales en intersecciones semaforizadas (TRB, 2000, p. 10-12)
Nombre Símbolo Definición Unidad
Intervalo de cambio y
de despeje
Yi
Intervalo de ámbar más todo-rojo (TR) que ocurre entre fases del semáforo para favorecer
el despeje de la intersección antes de que los movimientos conflictivos sean realizados.
s
Fase
Parte del ciclo semafórico definida para una combinación de movimientos que reciben el derecho de paso s imultáneamente durante uno
o más intervalos.
Longitud de ciclo Ci
Tiempo total para que el semáforo complete un ciclo
s
21
Tiempo de verde Gi
Duración de la indicación verde para un movimiento determinado en la intersección
semaforizada.
s
Tiempo de rojo Ri
Periodo en el ciclo semafórico durante el cual la indicación es roja para una determinada fase o
grupo de carriles.
s
Tiempo de verde efectivo
gi
Tiempo durante el cual un determinado movimiento o grupo de movimientos pueden
proceder.
s
Tiempo de rojo efectivo
ri
Tiempo durante el cual un determinado movimiento o grupo de movimientos es restringido, es igual a la longitud del ciclo
menos el tiempo de verde efectivo.
s
Extensión del tiempo de verde
efectivo 7
e
Monto del intervalo de cambio y despeje, al final de la fase para un grupo de carriles, que es empleado para el movimiento de sus vehículos.
s
Tiempo perdido tL
Tiempo durante el cual una intersección no es usada de manera efectiva por ningún
movimiento.
s
Tiempo perdido total
L
Tiempo perdido total por ciclo durante el cual la intersección no es usada de manera efectiva por
ningún movimiento, que ocurre durante los intervalos de cambio y despeje y al inicio de la
mayoría de las fases.
s
7 Según Messer y Bonneson la extensión del verde efectivo (e) se encuentra alrededor de 2s (citado en TRB, 2000, cap. 10).
22 Los semáforos con control semi-actuado: son aquellos en los que algunos accesos (típicamente los de la vía secundaria) tienen detectores y otros accesos no (típicamente los de las vías principales).
También es importante considerar la disposición de los movimientos de giros, los cuales afectan la capacidad y operación de la intersección. Se pueden presentar dos tipos de movimientos de giro: los giros permitidos son aquellos que entran en conflicto con peatones, bicicletas o circulación opuesta de vehículos, mientras que los giros protegidos son aquellos que se realizan sin conflicto (TRB, 2000, cap. 10).
2.4.4. TEORÍA DE COLAS
La teoría de intersecciones semaforizadas se enfoca en la estimación de demoras y colas, que son las medidas de eficiencia con las que se determina el nivel de servicio de una intersección semaforizada. Esta estimación depende de los procesos de llegada o arribo
8de vehículos (demanda) y servicio brindado por la intersección (oferta), por lo que para evaluar los parámetros involucrados se emplean modelos descriptivos que contienen tanto componentes determinísticos o uniformes; como estocásticos (también llamados aleatorios o de sobresaturación) (TRB, 1992, p. 9-1).
Adicionalmente, es necesario establecer el mecanismo de atención, que para el caso de intersecciones semaforizadas será considerado FIFO (First-In-First-Out)
9(Fernández, 2008, p. 122).
8En adelante los términos llegada y arribo se emplean indistintamente para referirse al ingreso de vehículos en la intersección.
9Quiere decir que el primer vehículo en llegar a la intersección es el primer vehículo en salir de ella.
Otros mecanismos de atención son: LIFO (Last-In-First-Out) y Prioritario (en orden de importancia) (Fernández, 2008, p. 122).
23 El componente determinístico de los modelos de intersecciones semaforizadas considera tasas de arribos y servicio uniformes. Esto puede apreciarse en la Figura 4, en la cual se presenta el diagrama de colas (tiempo vs. vehículos) generado por el proceso cíclico que implica un semáforo.
Nótese que la tasa de llegadas (q) se mantiene y la tasa de salidas (s) presenta tres valores: cero para el periodo rojo, igual a la tasa de saturación durante el verde e igual a la tasa de llegadas luego de que la cola se disipa.
Figura 4. Funcionamiento del semáforo en condiciones no saturadas (Adaptado de Cabrera, 2007)
En el diagrama, para el triángulo sombreado, la distancia horizontal
inscrita representa el tiempo entre la llegada y la salida de un vehículo; y la
distancia vertical inscrita será la longitud de la cola en un instante dado, la
cual será máxima al final del periodo de rojo efectivo. Adicionalmente, el área
del triángulo representará la demora total en un ciclo determinado.
24 Para el componente estocástico, los cálculos y la interpretación de los diagramas se complican debido a la aleatoriedad de las tasas de llegadas, así como también debido a los efectos de sobresaturación. La Figura 5 muestra un diagrama de colas para una intersección con llegadas aleatorias y sobresaturación. Nótese que al final del ciclo permanece una cantidad remanente de vehículos (Qo) que no ha podido ser servida durante el verde.
Figura 5. Funcionamiento del semáforo bajo efectos aleatorios y sobresaturación (Adaptado de Fernández, 2008, p. 136)
En general, para intersecciones semaforizadas existen tres magnitudes de
cola (ver Figura 6). La primera es la cola excedente (Qo); la segunda es la
longitud máxima de cola (Qg), que se obtiene al inicio del verde; y la tercera
es la máxima extensión de la cola (Q), debido a los vehículos que se
adicionan a la cola máxima durante el verde (Fernández, 2008, p. 141).
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Figura 6. Magnitudes de colas en intersecciones semaforizadas(Adaptado de Fernández, 2008, p. 141)
La primera fórmula ampliamente usada para estimar la demora en una intersección semaforizada fue desarrollada por Webster en 1958 y modificada en 1961 (ver Ecuación 7). En ella, el primer término representa la demora debido a llegadas uniformes, mientras que el segundo término incorpora los efectos de aleatoriedad asumiendo una distribución de Poisson y tasas de salida constantes. El tercer término es un término de corrección y varía alrededor del 10% de los otros dos términos (TRB, 1992, p. 9-6).
𝑑 =
𝑐(1−(𝑔 𝑐⁄ ))2
2[1−(𝑔 𝑐⁄ )𝑋]
