INTRODUCCIÓN

Es conocido que las calles y avenidas son el medio físico de circulación de los vehículos en una ciudad. Normalmente en un cruzamiento entre dos o más vías existen vehículos cuyos movimientos no se pueden realizar simultáneamente, pues son conflictivos entre sí. Por tanto, es necesario el establecimiento de algunas normas de control de derecho de paso, a fin de aumentar o reducir los riesgos de accidentes, tanto entre vehículos como entre vehículos y peatones.

En las vías que presentan bajos volúmenes de tránsito los conflictos entre vehículos son, en la mayoría de los casos, fácilmente resueltos por los conductores, a través de una regla implícita de conducta. Sin embargo, con el aumento de los vehículos esa regla no siempre es obedecida y las disputas por el derecho de paso pueden ser, en ocasiones, motivo de discordia y discusión. Para resolver este problema se establecieron reglas de prioridad entre las aproximaciones del cruzamiento. Así, por ejemplo, los vehículos de las calles de mayor volumen de tráfico normalmente tienen prioridad para atravesar la intersección, debiendo los vehículos en la vía transversal (menor prioridad) parar y/o ceder el paso. Este esquema puede ser obtenido a través de la colocación de placas y pintura de solo PARE en las transversales.

La solución anterior ha provocado algunos problemas; pues, dependiendo del volumen del tránsito de la vía principal, los vehículos en la vía secundaria sufren una demora muy grande por lo que tienen que esperar durante un largo tiempo para poder atravesar el cruzamiento. Con el fin de superar esta dificultad, se procedió a una ordenación secuencial y cíclica del paso en la intersección, que consiste en dar un período específico de tiempo para realizar el recorrido a una determinada corriente de tránsito, Durante ese período no es permitido el movimiento de vehículos de las corrientes del tránsito conflictivas. Normalmente, la autorización de movimientos para los vehículos de una corriente de tránsito es hecha por medio de un equipamiento instalado en el cruzamiento, denominado semáforo.

Aunque los semáforos instalados en las intersecciones entre calles de un sistema vial de una ciudad tengan por objetivo disciplinar las maniobras de cruzamiento, preservando la seguridad de los vehículos y peatones; variaciones en el tiempo de los volúmenes o una instalación de un semáforo sin un previo estudio pueden causar demoras en la circulación de los vehículos en algunos de sus accesos de llegada, lo cual puede incentivar la ocurrencia de accidentes. Un ejemplo de esta situación se observa en la intersección Aguilera-Calvario, ubicada en el casco histórico de la ciudad de Santiago de Cuba. Ante esta problemática es necesario evaluar el funcionamiento de dicho cruzamiento. De ahí que el objetivo de la investigación realizada fue evaluar el funcionamiento de la intersección semaforizada Aguilera-Calvario, ubicada en el centro histórico de la ciudad de Santiago de Cuba.

METODOLOGÍA

Según DENATRAN (2011), semáforo o grupo focal es un dispositivo de control del tránsito que, a través de indicaciones luminosas transmitidas para conductores y peatones, alterna el derecho de paso de vehículos y/o peatones en intersecciones de dos o más vías.

Pereira (2011) refiere que son dos los tipos de control proporcionados por la señalización semafórica. El primero es el control en tiempo fijo u operación prefijada; el segundo, el control accionado por el tránsito, que posee niveles distintos de respuestas a las variaciones observadas en los flujos controlados. Este autor señala que el control en tiempo fijo es el tipo más común, que opera de acuerdo con programaciones predeterminadas de tiempo, donde el tiempo de ciclo es constante y los instantes de cambio de las fases son fijos en relación con el ciclo.

Criterios para la instalación de semáforos

La instalación de semáforos en tiempo fijo, según Cal y Mayor (2010), que coincide con otros autores (Cuba. Ministerio del Interior, 2008; DENATRAN, 2011), debe estar supeditada al cumplimiento de los siguientes criterios:

1. 1. Volumen mínimo de vehículos.
2. 2. Volumen mínimo de peatones.
3. 3. Movimiento progresivo.
4. 4. Experiencias en accidentes.
5. 5. Combinaciones de justificaciones.

El criterio 1 constituye el factor más importante para determinar la necesidad de la instalación de un semáforo en régimen fijo, de ahí que se presentan los valores mínimos de vehículos equivalentes, establecidos para la situación en estudio: dos accesos de llegada cuyas secciones transversales poseen un solo carril (Tabla 1).

En relación con el segundo criterio, se plantea que el conflicto vehículo-peatón en una sección de la vía justica la implantación de un semáforo cuando 150 o más peatones por hora cruzan la vía de mayor volumen durante cada una de cualquiera de las ocho horas de un día representativo.

Cálculo de los tiempos del semáforo

En la realización de este trabajo se siguió la siguiente metodología para el cálculo del semáforo:

1. Convertir los volúmenes mixtos a flujo de vehículos ligeros directos equivalentes, aplicando la siguiente expresión:

donde:

1. FHMD: Factor que convierte volúmenes a flujo.

   E_{V (I ó D)}: Factor que convierte automóviles que dan vuelta izquierda o derecha a automóviles directos equivalentes.

   f_HV: Factor que convierte volúmenes vehiculares mixtos a automóviles.

2. Calcular la longitud de los intervalos de cambio de la fase.

Cal y Mayor (2010) recomienda aplicar la siguiente expresión:

donde:

1. y: intervalo de cambio de fase, amarillo más todo rojo, seg.

   t: tiempo de percepción-reacción del conductor (usualmente 1 seg.).

   v: velocidad de aproximación de los vehículos, m/s.

   a: tasa de aceleración (valor usual 3,05 m/s2.).

   W: ancho de la intersección, m.

   L: longitud del vehículo tipo que accede a la intersección, m.

Los dos primeros términos identifican el tiempo amarillo y el tercero el tiempo de todo rojo

3. Cálculo de la tasa de ocupación o grado de saturación de una aproximación.

Adalpe (1976) plantea, a partir de la experiencia mexicana, un valor de flujo de saturación ideal igual a 1800 auto/hora de luz verde por carril, bajo condiciones ideales. El HCM (2000) indica el valor planteado por los americanos, igual a 1900 auto/h. Sea cual fuere este número, deberá ser ajustado a las condiciones prevalecientes para obtener el flujo de saturación del grupo de carriles o carril que se esté considerando.

4. Cálculo del tiempo de ciclo óptimo de la intersección.

Sobre la base de lo indicado por DENATRAN (2011) y Cal y Mayor (2010) la tasa de ocupación (Yi) puede definirse como la relación entre el flujo de automóviles directos equivalentes máximo por carril para cada fase y el flujo de saturación, o sea:

5. Cálculo de la duración de ciclo y los tiempos de verde para cada fase.

De los varios métodos existentes para el cálculo del semáforo, DENATRAN (2011), Cal y Mayor (2010) y Nicholas (2002) recomiendan el método de Webster por considerar que es un método completo y detallado, que posibilita la determinación de los tiempos verdes y de longitud de ciclo, con lo cual se produce el menor atraso general posible en la intersección.

La ecuación planteada por Webster es:

donde:

1. Co: duración óptima del ciclo, seg.

   L: tiempo total perdido por ciclo, seg.

   Yi: valor máximo de las relaciones de flujo actual y el flujo de saturación para el acceso o movimiento o carril crítico de la fase i.

   φ: número de fases

El tiempo efectivo de luz verde disponible por ciclo se determina con la aplicación de la siguiente expresión:

donde:

1. g_T: duración de verde efectivo total por ciclo disponible para todos los accesos, seg.

   C: duración real del ciclo que se utiliza (generalmente obtenida al redondear los siguientes 5 seg.).

Para obtener la demora mínima total, el tiempo efectivo total de luz verde debe distribuirse entre las diferentes fases proporcionalmente a los valores de Yi para alcanzar el tiempo efectivo de luz verde para cada fase, o sea:

Estudio de demoras

En la realización de esta investigación el cálculo de las demoras promedio de los vehículos se determinó siguiendo el procedimiento indicado por SEDESOL (2003). Este método mide solo las demoras durante las cuales el vehículo permanece parado, las reducciones de velocidad no son consideradas en el mismo. El trabajo de campo consiste en:

1. 1. Contar el número de vehículos que se paran en un afluente de la intersección en intervalos sucesivos.
2. 2. Contar el volumen del afluente, incluyendo los vehículos que paran y los que no paran.

Obtenida la demora promedio por vehículo, se puede determinar el nivel de servicio que le corresponde (Tabla 2).

RESULTADOS

Se estudia el funcionamiento de la intersección a nivel Aguilera-Calvario (Figura 1) localizada en el casco histórico de Santiago de Cuba, a la que accede una parte importante del flujo vehicular que transita por el centro de la ciudad. La misma posee dos accesos de llegada, a saber:

• Acceso I por calle Aguilera.

• Acceso II por calle Calvario.

Los conteos vehiculares realizados en los meses de marzo, abril y agosto de 2016 permitieron encontrar el volumen horario de máxima demanda y la hora pico correspondiente. En la tabla 3 se resumen los volúmenes máximos mixtos obtenidos los tres días que duró el estudio para el mes de marzo (por acceso y para la intersección), por ser el mes donde se registraron los mayores valores; en la tabla 4 los correspondientes equivalentes expresados en autos o vehículos ligeros, según los coeficientes de equivalencia establecidos por la normas del Minint (2008) y los por cientos por tipo de vehículos determinados como resultado del conteo.

En la Tabla 3 se observa que el mayor valor de volumen mixto registrado fue 1096 veh/h en el horario comprendido entre las 8:45-9:45 am del jueves.

El primer criterio para la instalación de un semáforo exige del conocimiento del volumen medio de las 8 horas de mayor volumen en la intersección. Para el día de máxima demanda estos fueron los valores obtenidos: para la vía principal (Aguilera) 578 veh./h, para la vía secundaria (Calvario) 266 veh./h; superiores a los mínimos establecidos en la tabla 1 (500 veh./h y 150 veh/h respectivamente). Lo anterior indica que se justifica el cambio del semáforo en intermitencia a control en tiempo fijo. Los valores obtenidos el martes y el miércoles también sobrepasan los mínimos, lo que valida aún más la afirmación anterior.

Además de cumplir el requisito de volumen de tránsito (criterio 1), que constituye el factor más importante para determinar la necesidad de instalación de un semáforo, en el conteo de peatones que cruzan la vía principal los volúmenes horarios que se obtuvieron superan el mínimo establecido de 150 peatones/h; por tanto, se justifica también por este criterio el semáforo con control en tiempo fijo.

Del estudio de demora por la vía secundaria se alcanzó como valor medio 41 seg./veh, que es inaceptable al corresponderse con un nivel de servicio E, según se verifica en la tabla 2. Este resultado valida la situación que se crea con el actual semáforo, programado en régimen de intermitencia.

Sobre la base de los volúmenes horarios equivalentes para el día de máxima demanda se pasa al cálculo del semáforo. Como resultado se propone el siguiente diagrama de fases (Figura 2).

CONCLUSIONES

1. 1. Se realizó un extenso trabajo de medición de volúmenes y demoras. Como resultado del mismo la hora de máxima demanda está comprendida entre las 8:45 y las 9:45 am, correspondiéndole un volumen mixto total de llegada a la intersección igual a 1096 veh/h: 829 veh/h por Aguilera y 267 veh/h por Calvario. Las demoras promedio de los vehículos que acceden por calle Calvario se encuentran en el orden de los 41 segundos, valor que indica un nivel de servicio E.
2. 2. El promedio de los volúmenes máximos equivalentes obtenidos durante 8 horas los tres días que duró el conteo son superiores a los mínimos establecidos en el criterio 1; además, se cumple el requisito 2; lo cual confirma la necesidad de modificar el régimen del semáforo en la intersección objeto de estudio de intermitente a tiempo fijo, con lo que disminuirían los riesgos de accidentes.
3. 3. El cálculo del semáforo indica que este debe ser programado para una duración total de ciclo igual a 40 seg, asignándole 10 seg del verde efectivo al acceso por calle Calvario y 22 seg al acceso por calle Aguilera.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Adalpe, C. (1976). Los semáforos y el control dinámico del tránsito. México: Representaciones y Servicios de Ingeniería.

Cal y Mayor, R. (2010). Ingeniería de Tránsito. Fundamentos y Aplicaciones. La Habana: Editorial Félix Varela.

Cuba. Ministerio del Interior (Minint). (2008). Normas de Semáforos. La Habana, Cuba.

DENATRAN (2011). Manual Brasileiro de Sinalização de Trânsito (Volumen V). Brasilia DF, Brasil.

Highway Capacity Manual [HCM]. (2000). (4ta edition). USA: Transportation Research Board.

Nicholas, J. (2002). Traffic Highway Engineering. USA: Thomson Learning.

Pereira, C. (2011). Analiseda programação semafórica das interseções do eixo monumental de Brasilia. Brasil: Universida de estadual de Goiás, Unidade Universitária de Ciências exatas e tecnológicas.

SEDESOL (2003). Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito, programa de asistencia técnica en transporte urbano para las ciudades medias mexicanas. México.