ESTUDIO DE DEMORAS EN INTERSECCIONES
GENERALIDADES Los estudios de demoras en intersecciones permiten evaluar el comportamiento del tránsito al entrar y cruzar o cambiar de dirección en una intersección, obteniendo como resultado un diagnóstico de la eficiencia de todos los elementos que controlan el tránsito en una intersección o en uno de sus accesos. La evaluación de estos aspectos se realiza a partir de la información de las demoras que se registran cuando el flujo de tránsito es detenido o forzado. La información de las demoras del tránsito se mide en unidades de tiempo, registrando el lugar en que ocurren, la causa y su frecuencia. Las demoras pueden ser determinadas para recorridos a lo largo de un tramo de una vía, durante un día y hora específicos de la semana, así como en lugares seleccionados, donde existan serios problemas de tránsito. En los estudios de demoras se deben considerar dos situaciones, la primera en la que el conductor encuentra una intersección despejada y puede desplazarse de forma continua, y la segunda en la que el control que los semáforos ejercen sobre la intersección obliga al conductor a disminuir la velocidad y eventualmente a detenerse. Los estudios de demoras se efectúan en aquellas intersecciones donde existen problemas de congestión. El momento más adecuado para efectuar el estudio es en horas pico que por lo general son las horas de mayor demora. Cuando se efectúa este estudio en horas de demora relativa, es posible determinar el grado del problema por comparación. Al igual que en todo tipo de estudio, las condiciones climáticas deben ser adecuadas y la situación del flujo vehicular debe ser normal. A continuación se enumeran las aplicaciones de los estudios de demoras en intersecciones: - Evaluación de la eficiencia de los dispositivos de control del tránsito existentes en intersecciones. - Determinación de la demora por control como medida principal para evaluar posteriormente el nivel de servicio de las intersecciones en estudio. - Desarrollo de secuencias apropiadas en los ciclos de semáforos. - Determinación de la necesidad de instalar un semáforo en una intersección específica. - Evaluación de la geometría de la intersección. - Investigación relacionada con el flujo del tránsito en intersecciones. Las demoras son la principal medida de las condiciones críticas en los flujos vehiculares interrumpidos y son consideradas como el principal indicador del nivel de servicio de una intersección, sin embargo, existen otros indicadores relacionados con las demoras como son las demoras por acercamiento, que incluyen los retrasos asociados a la aceleración y deceleración de los vehículos. Las demoras deben expresarse en términos de demora media por vehículo, por grupo o por intersección.
Demora Demora por contr ol en intersecciones semaforizadas. semaforizadas.
En una vía con dos sentidos de circulación y en todas las intersecciones con control de pare, la demora por control es el tiempo total de paso de un vehículo desde que se une a la cola hasta que sale de su detención a la cabeza de la misma. La demora por control involucra los movimientos a las velocidades más lentas y las paradas próximas a la intersección. También incluye el tiempo requerido por los vehículos para desacelerar hasta parar y el tiempo requerido para acelerar hasta alcanzar la velocidad a flujo libre. La demora media por control experimentada por los vehículos en un grupo de carriles esta dada por la siguiente expresión: d = d 1 (Pf) + d 2 + d 3
Donde: d Demora por control por vehículo (seg./veh) d 1 = Demora uniforme por control debido a la llegada de vehículos (seg./veh) =
Pf = Factor de ajuste por progresión de demora uniforme, para estimar los efectos progresivos del semáforo d 2 = Demora incremental para estimar el efecto de las llegadas aleatorias y de las
colas de sobresaturación, ajustada para la duración del período de análisis y para el tipo de señal de control (seg./veh) d 3 = Demora por cola inicial, que estima la demora de todos los vehículos en el período de análisis debido a una cola inicial al comenzar el período de análisis (seg./veh). La demora incremental asume que no hay ninguna cola inicial para el grupo de carriles al comenzar el período de análisis. Todos los factores involucrados en el cálculo de la demora por control se describen a continuación, sin embargo en el numeral 12.3 se menciona el procedimiento para su determinación a través de un estudio de campo.
Demora unifor me por contr ol. La expresión que se muestra a continuación proporciona una estimación de la demora ocasionada en una situación ideal de llegadas uniformes, con flujo estable y sin cola inicial. 2
⎛ g ⎞ 0.5C ⎜ 1 − ⎟ ⎝ C ⎠ d 1 = g⎤ ⎡ 1 − min(1, X) ⎢⎣ C ⎥ ⎦ Donde: d 1 = Demora por control debido a llegadas uniformes (seg./veh) C = Longitud del ciclo (seg.) g = Tiempo efectivo de verde para el grupo de carriles (seg.)
X = Proporción de vehículos/carril o grado de saturación para el grupo de carriles
Factor de ajuste por pro gresión.
Una buena progresión del semáforo producirá una proporción alta de vehículos que llegan a la intersección en la fase verde. El factor de ajuste por progresión, Pf , es aplicable a los carriles coordinados por un semáforo, incluyendo los carriles controlados por sistemas de control semiactuados y en circunstancias en las que el control se mantiene para algunos grupos de carriles. La progresión afecta principalmente a la demora uniforme, y por esta razón, el ajuste sólo se aplica a d1. El valor de PF puede determinarse usando la siguiente expresión: Pf =
(1 − P)f PA
⎛ g ⎞ ⎟ ⎝ C ⎠
1−⎜
Donde Pf = Factor de ajuste por progresión P = Proporción de vehículos que llegan en la fase verde g/C = Proporción de tiempo verde disponible f PA = Factor de ajuste suplementario para el pelotón que llega durante la fase verde
El valor de P puede determinarse en campo o puede estimarse a partir del tipo de llegada. Si se realiza la medición en campo, P debe determinarse como la proporción de vehículos por ciclo que llegan a la Línea de Pare o que hacen parte de la cola mientras el semáforo permanece en verde.
Demora incremental. La demora incremental es utilizada para estimar el retraso debido a llegadas no uniformes y a los errores temporales del ciclo (demora aleatoria) así como la demora causada por los períodos sostenidos de sobresaturación. Esta demora es sensible al grado de saturación del grupo de carriles (X), a la duración del período de análisis ( T), a la capacidad del grupo de carriles (c), y al tipo de señal de control, como se refleja en el parámetro de control (k). La ecuación asume que no existe ninguna demanda previa que origine colas iniciales al comenzar el periodo de análisis. Finalmente, el término de demora incremental es válido para todos los valores de X, incluyendo los carriles de sobresaturación.
⎡
d 2 = 900T ⎢(X − 1) +
⎣
(X − 1) + 2
8kIX ⎤ cT
⎥ ⎦
Donde d 2 = Demora incremental para estimar el efecto eventual de las colas de sobresaturación, expresada en seg./veh. T = Duración del periodo de análisis (horas); k = Factor por demora incremental que depende del dispositivo de control existente I = Factor de ajuste de distribución aguas arriba c = Capacidad del grupo de carriles (veh/h)
X = Proporción de vehículos/carril o grado de saturación para el grupo de carriles.
El factor de calibración k es incluido en la ecuación para indicar el efecto del tipo de dispositivo que ocasiona la demora. Para señales presincronizadas, se utiliza un valor de k = 0.50, basado en un proceso de formación de colas de espera con llegadas aleatorias y en un tiempo de servicio uniforme equivalente a la capacidad del grupo de carriles. El factor de ajuste de demora incremental (I) incorpora los efectos de medir la distribución de las llegadas de vehículos aguas arriba de la intersección. Para el análisis de demoras generalmente se utiliza un valor de 1.0.
Demora por cola inic ial. Cuando existe una cola residual de un período de tiempo anterior, esta causa una cola inicial al comenzar el período de análisis (T). La demora adicional es experimentada por los vehículos que llegan en la cola inicial y que deben salir primero de la intersección. Si este caso no se presenta, el valor de d3 corresponde a cero (0).
Otras demoras. Demora por detención. La demora por detención es solamente el tiempo que espera un vehículo detenido en una intersección. Generalmente se origina por la acción de dispositivos de control de tránsito, embotellamientos y en ocasiones por sucesos ajenos al tránsito normal, como accidentes vehiculares y desastres en la infraestructura de la vía.
Demora por acercamiento. La demora por acercamiento es el tiempo que pierde un vehículo en la aceleración y deceleración necesarias para iniciar la marcha o detenerse. El tiempo de demora por acercamiento aumenta de acuerdo a las características físicas y geométricas de la calle o carretera, el tipo de superficie de rodadura y la pendiente de la vía, las cuales influyen de forma directa en el tiempo que gastan los vehículos en acelerar y decelerar. Por ejemplo, en una superficie plana o con una pendiente favorable, el vehículo puede acelerar e iniciar la marcha sin mayor esfuerzo en un periodo de tiempo relativamente corto, por el contrario, si la superficie de la carretera posee una pendiente fuerte, el vehículo debe realizar un esfuerzo mayor e invertir más tiempo para empezar a moverse.
Demora en el tiempo d e viaje. La demora en el tiempo de viaje se define como la diferencia entre el tiempo que tarda el vehículo en cruzar una intersección y el tiempo que tardaría en cruzarla a la velocidad normal de marcha.
Demora por tiempo en la cola. La demora por tiempo en la cola se compone del tiempo que el vehículo permanece detenido es decir, la demora por detención y el tiempo que el vehículo gasta en acelera y decelerar o demora por acercamiento.
Métodos de medición de demoras. Los métodos más utilizados para establecer las demoras en condiciones de baja saturación (aproximadamente 20 a 25 vehículos/carril) son los siguientes: 1. Método del tempo de viaje: Se basa en los métodos empleados para determinar el tiempo de recorrido consignados en el capítulo 11 del presente manual. En este caso el tiempo de viaje se mide desde un punto antes de la intersección hasta un punto después de ésta, el valor obtenido se compara con el tiempo que tardaría el vehículo en cruzar la intersección a velocidad normal de marcha. 2. Método del tiempo de detención: Este método consiste en medir el tiempo durante el cual el vehículo permanece parado. En este método se debe registrar el número de vehículos que se paran en un afluente de la intersección en ciclos sucesivos del semáforo. También se debe contabilizar el número total de vehículos provenientes del acceso y que cruzan la intersección, esto incluye los vehículos que paran y los que no paran. En situaciones de sobresaturación es necesario emplear técnicas que por su naturaleza son más costosas y que requieren de un mayor número de personal. Entre estas se pueden mencionar: 1. Técnica de entrada y salida: Consiste en ubicar varios observadores para que realicen el conteo de las llegadas y de las salidas separadamente. Los vehículos en la cola son calculados como la diferencia acumulada, incluyendo los chequeos realizados en el procedimiento para vehículos que dejan la cola antes de alcanzar la línea de Pare. 2. Técnica de división en zonas: Requiere subdividir el tramo de acercamiento en segmentos manejables que se asignan a cada observador; para que contabilicen la cantidad de vehículos que hicieron cola en la zona correspondiente.
PROCEDIMIENTO DE CAMPO El procedimiento que se describe a continuación fue adoptado del Highway Capacity Manual, HCM 2000.
Selección de la intersección para el estudio. Como ya se ha mencionado, los estudios de demoras deben realizarse en aquellos puntos o intersecciones en las que los usuarios (conductores y peatones) perciben grandes problemas de congestión, los cuales son originados ya sea por los altos volúmenes vehiculares que
concluyen en la intersección o por la inadecuada operación de los semáforos que controlan el tránsito vehicular.
Hora y periodos recomendados para el estudio. El objetivo de la mayoría de los estudios de tránsito es evaluar el comportamiento del flujo vehicular bajo condiciones críticas, sin embargo, el valor crítico de las demoras puede presentarse tanto en horas pico como en horas valle, por esta razón el estudio puede realizarse durante estas horas, durante periodos cortos de tiempo, por ejemplo 15 minutos. También es válido definir el periodo de estudio como un número entero de ciclos.
Clasificación de la intersección. Una vez seleccionado el sitio para el estudio, es necesario categorizar la intersección de acuerdo a sus características geométricas, al tipo y cantidad de dispositivos de control y a la señalización horizontal y vertical existente que deben presentarse en un croquis. Estos aspectos se constituyen en una herramienta básica para la evaluación funcional de la intersección, la calibración de los ciclos del semáforo y el diseño de alternativas como solución al problema de la congestión.
Determinación d e los intervalos. Con ayuda de un cronómetro, los observadores deben determinar el tiempo o la longitud del ciclo del semáforo y definir, a partir de su duración, intervalos regulares comprendidos entre 15 y 20 segundos. Dichos intervalos no deben ser un divisor integro de la longitud del ciclo, por ejemplo, si la longitud del ciclo es 120 segundos, los intervalos corresponderán a 14 ó 16 segundos, y no a 15 segundos.
Ubicación de los punto s de observación. La mayoría de las intersecciones poseen puntos óptimos para realizar las mediciones, los puntos comúnmente empleados están ubicados en la mitad de una cuadra antes y después de la intersección. También se recomienda que los observadores se ubiquen en los puntos adyacentes a la longitud donde se espera que llegue la cola de vehículos más larga, esto permite tener una mejor visual de la cantidad de vehículos detenidos.
Medición d e las demor as. Antes de comenzar el estudio detallado, los observadores deben hacer una estimación de la velocidad media a flujo libre a la que los vehículos pasarían a través de la intersección si la señal verde estuviese disponible por un período extendido. Esta velocidad puede obtenerse manejando algunas veces a través de la intersección cuando el semáforo se encuentra en verde y no hay ninguna cola, registrando la velocidad en un sitio en que el vehículo no se encuentre afectado por el dispositivo de control. El estudio debe empezar al inicio de la fase roja del grupo de carriles, idealmente cuando no hay ninguna cola de la fase verde anterior. Esto es imprescindible para lograr consistencia
con la ecuación analítica de demora, debido a que está basada en la demora de los vehículos que llegan durante el período de estudio y no antes de este. Si el estudio empieza con una cola del ciclo anterior, estos vehículos deben ser excluidos del conteo de la cola subsecuente. Un observador debe contabilizar rápidamente durante el ciclo de semáforo el número de vehículos que se encuentran efectivamente detenidos en los carriles de la intersección en cada intervalo de tiempo (10, 15 ó 20 segundos). Para esto debe identificar el último vehículo en la fila al terminar cada intervalo y contar el número de vehículos entre este y el vehículo que encabeza la fila. La información relacionada con este conteo debe registrarse en el formato de campo 14A según el periodo o el número de ciclo y el intervalo correspondiente. Simultáneamente, un segundo observador debe realizar el conteo del número total de vehículos que pasan por la intersección hasta finalizar el ciclo del semáforo, esto incluye los vehículos detenidos, aquellos que deceleran hasta detenerse y los vehículos que cruzan la intersección sin necesidad de detenerse. Inmediatamente termina el ciclo, el observador debe iniciar el conteo de los vehículos detenidos y el total de los vehículos del siguiente ciclo. Esta información debe consignarse en el formato de campo 14B.
PROCESAMIENTO Y ANÁL ISIS DE LA INFORMACIÓN La reducción de los datos se realiza a través de cinco pasos: 1. Con el propósito de obtener el volumen total de vehículos en la cola debe sumarse cada columna del conteo de vehículos para cada intervalo de tiempo (Formato 14A). 2. Un vehículo registrado como parte del conteo de vehículos en la cola permanece en esta durante un tiempo promedio del intervalo de conteo. El tiempo promedio de permanencia en la cola para cada vehículo que llega durante el período de estudio se estima a partir de la siguiente expresión:
⎛
∑ V C ⎞
⎝
V Tot
d CV = ⎜ ⎜ I s *
⎟⎟ * 0.9 ⎠
Donde: I s = Intervalo de tiempo definido para el estudio (seg.) V C = Volumen total de vehículos en la cola durante el periodo de estudio V Tot = Volumen total de vehículos que llegan durante el período de estudio 0.9 = Factor de ajuste empírico
El factor de ajuste de 0.9 se refiere a los errores que pueden ocurrir cuando se utiliza esta técnica para definir los valores de demora reales, que normalmente resultan en una sobreestimación de la demora. La investigación ha mostrado que esta corrección es apropiada para obtener valores consistentes en una variedad de condiciones.
3. Calcular la proporción de vehículos detenidos y el número promedio de vehículos que se detienen por carril en cada ciclo, así: V DC =
V det N C * N
Donde: V det = Volumen total de vehículos detenidos durante el periodo de estudio N C = Número de ciclos observados en el estudio N = Número de carriles del acceso en estudio
4. Asumir un factor de corrección apropiado para el grupo de carriles a partir de la velocidad a flujo libre y del número promedio de vehículos detenidos por carril en cada ciclo. Este factor agrega un ajuste para la demora por desaceleración y aceleración que no pueden medirse directamente con los métodos manuales. Tabla 14.1 Factor de Corrección por Demora en Aceleración-Deceleración
Velocidad a Flujo Libre (Km/h) ≤ 60 > 60 - 71 > 71
≤7
Vehículos +5 +7 +9
8 - 19 Vehículos
20 - 30 Vehículos*
+2 +4 +7
-1 +2 +5
Fuente: HCM 2000. * No se considera el conteo de más de 30 vehículos en la cola por carril, debido a su baja confiabilidad.
5. Finalmente, para establecer la demora por control por vehículo debe multiplicarse el factor de corrección por la proporción de vehículos detenidos y este producto se agrega al valor del tiempo de permanencia en cola determinado en el paso 2.
