Capacidad y nivel de servicio en las intersecciones
1. CAPACIDAD Y NIVEL DE SERVICIO EN LAS INTERSECCIONES CON SEMAFORO LUIS CARLOS AUZA SAAVEDRA MARICELA LIMA LOAYZA PEREZ QUEZADA ALEXANDER VICTOR MANUEL GOMEZ PEREIRA NAZLI MARIELA CARDENAS ESCOBAR TAMARA EGUEZ OLIVA
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5. El intervalo de cambio y de despeje es la suma de los intervalos “amarillo” y “todo rojo “(dados en segundos) que se dan entre las fases para permitir que el tránsito de vehículos y de peatones salga de la intersección antes de liberar los movimientos en conflicto.
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7. La razón de flujo (v/c) es el cociente de la tasa verdadera de flujo o la demanda proyectada v para un acceso o un grupo de carriles, entre la tasa s de flujo de saturación.
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9. La capacidad de un acceso o de un grupo de carriles está dada como Donde ci= Capacidad del grupo i de carriles (vehículos/carriles) si=Tasa de flujo de saturación para el grupo de carriles o el acceso i (gi/c)=Razón de luz verde para el grupo de carriles o el acceso i gi=Luz verde efectiva para el grupo de carriles i o el acceso i C=Duración del ciclo
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14. La demora por fase es parte de la demora total que se atribuye al dispositivo de control, se calcula para definir el nivel de servicio en la intersección señalizada. Esta incluye la demora debida a la desaceleración, el tiempo de avance de la fila, el tiempo de parada y al movimiento de aceleración. Sin embargo, la demora depende del tiempo de luz roja, el cual a su vez depende de la duración del ciclo. Por tanto pueden obtenerse niveles razonables de servicio para duraciones cortas de ciclo.
15. ANÁLISIS DE OPERACIÓN El proceso de análisis a nivel de operación puede ser usado para determinar la capacidad o el nivel de servicio en los accesos de una intersección señalizada existente o el nivel general de servicio en la misma. El procedimiento también puede usarse para el diseño detallado de una intersección dada. Al utilizar el procedimiento para analizar un semáforo existente, se conocen los datos operativos de la secuencia de las fases, el tiempo de las fases del semáforo y los detalles geométricos (ancho de carril, número de carriles). El procedimiento se usa para determina el nivel de servicio al cual se desempeña la intersección, en términos de la demora de la fase o del semáforo. Al usar el procedimiento para el diseño detallado, generalmente no se conocen lo datos operáticos y por tanto tienen que calcularse o suponerse. Entonces se determinan la demora y el nivel de servicio.
17. Debe enfatizarse una vez mas que, encontraste con otros sitios, el nivel de servicio en una intersección con semáforo no tiene una relación univoca simple con la capacidad. Por ej. En los tramos de los caminos de acceso controlado, la relación (v/c) es de 1.00 en los limites superiores del nivel de servicio E. Duración largas del ciclo. El lapso de la luz verde no está distribuido apropiadamente, lo que conduce a largos periodos de luz roja para uno o mar grupos de carriles, es decir, hay uno o más grupos de carriles que están en desventaja. Avance deficiente de las fases del semáforo, lo que implica que un alto porcentaje de vehículos llegan al acceso durante la fase de la luz roja.
18. También es posible tener demoras cortas en el acceso cuando la razón (v/c) sea igual a 1.00 es decir, un acceso saturado, que puede ocurrir si existen las siguientes condiciones: Duraciones cortas de ciclo. Avance favorable de las fases del semáforo, lo cual implica que en un alto porcentaje de vehículos llegan durante la fase de luz verde.
29. TIPOS DE LLEGADA Tipo de llegada 1, que representa la condición de llegada mas adversa, es un pelotón denso que llega en el inicio de la fase de luz roja y contiene más del 80 por ciento del volumen del grupo de carriles. Tipo de llegada 2, se considera todavía desfavorable, consiste en un pelotón denso que llega a la mitad de la fase de luz roja.
30. Tipo de llegada 3, se presenta en intersecciones aisladas y que no están interconectadas, se caracterizan por pelotones muy dispersos, lo que implica la llegada aleatoria de los vehículos. Tipo de llegada 4, que en general se considera una condición favorable del pelotón, puede ser un pelotón moderadamente denso que llega a la mitad de la fase de luz verde.
31. Tipo de llegada 5, representa la mejor condición de llegada que frecuentemente se presenta. Tipo de llegada 6, representa una calidad excepcional de avance, es un pelotón muy denso que avanza a través de varias intersecciones cercanas con muy poco transito proveniente de las calles laterales.
32. Es necesario determinar, con tanta exactitud como sea posible, el tipo de llegada para la intersección que se considere El MCC define la proporción del pelotón como:
33. Especificación de las condiciones de señalización Deben especificarse los detalles del sistema de semáforos, incluye un diagrama de frases y la duración de las luces verde, amarilla y roja.
34. ajuste de los volúmenes horario para los 15 minutos de la hora pico la identificación de los diferentes grupos de carriles el ajuste para dar vuelta a la derecha durante la luz roja El agrupamiento de carriles y la tasa de flujo de demanda
35. Identificación de los diferentes grupos de carriles Deben identificarse los grupos de carriles en cada acceso y en cada intersección, como lo considera la metodología MCC.
36. Ajuste de volúmenes horarios Anteriormente, se vio que el análisis para el nivel de servicio, se basa en la tasa de flujo de los 15 minutos de la hora pico. Por tanto es necesario convertir los volúmenes horarios a tasas de flujo de 15 minutos, dividiendo los volúmenes horarios entre el factor de hora pico (FHP).
37. Ajuste para dar vuelta a la derecha durante la luz roja (VDLR) Este ajuste puede reducirse por el volumen de vehículos que dan vuelta a la derecha durante la fase de luz roja Esta reducción se hace en términos del volumen horario y antes de la conversión a tasas de flujo
38. Ecuación base para el flujo de saturación El flujo de saturación (s) depende de un flujo de saturación ideal (so), que generalmente se toma como 1900 automóviles por hora, de tiempo de luz verde por carril. Este flujo de saturación ideal se ajusta a las condiciones prevalecientes, para obtener el flujo de saturación para el grupo de carriles que se está considerando.
39. Ecuación base para el flujo de saturación ancho de carril número de carriles porcentaje de vehículos pesados en el tránsito pendiente del acceso actividad de estacionamiento vueltas a la derecha y a la izquierda El ajuste se hace:
40. Ecuación base para el flujo de saturación s=(so)(N)(fw)(fHV)(fg)(fp)(fa)(fbb)(fLu)(fRT)(fLT)(fLpb)(fRpb) Donde: s =Flujo de saturación para el grupo de carriles considerado, expresado como un total para todos los carriles en el grupo, bajo las condiciones prevalecientes (vehículos/hora/grupo) so =flujo de saturación ideal por carril, generalmente tomado como 1900 (vehículos/hora/carril) N =número de carriles en el grupo de carriles fw= factor de ajuste del ancho de carril fHV=Factor de ajuste por vehículos pesados en el flujo vehicular. fg=Factor de ajuste por pendiente de acceso fp=Factor de ajustepor la existencia de un carril de estacionamiento, adyacente al grupo de carriles y la actividad de estacionamiento en ese carril.
41. fa =Factor de ajuste por tipo de área (para el distrito de negocios, 0.90; para todas las otras áreas. 1.00) fbb=Factor de ajuste por el efecto de obstrucción de autobuses, que paran dentro del área de la intersección fLu=Factor de ajuste por la utilización del carril fRT=Factor de ajuste por las vueltas a la derecha en el grupo de carriles fLT=Factor de ajuste por las vueltas a la izquierda en el grupo de carriles fLpb=Factor de ajuste de peatones para los movimientos de vuelta a la izquierda fRpb= Factor de ajuste de peatones para los movimientos de vuelta a la derecha
42. FACTORES DE AJUSTE La necesidad de los factores de ajuste se detallaron en el capitulo 8. Factor de ajuste del ancho de carril, fw Depende del ancho promedio del carril en un grupo de carriles. Factor de ajuste de vehículos pesados, fHV Es un factor de corrección por demora adicional, reduce el flujo de saturación.
43. Factor de ajuste por pendiente, fg Se usa para corregir el efecto de la pendiente sobre la velocidad de los vehículos. Factor de ajuste por estacionamiento, fp Este factor depende del número de carriles en el grupo y del número de maniobras de estacionamiento por hora. Factor de ajuste por tipo de área, fa Cuando se considera un área comercial fa=0.9 y fa=1 para las demás áreas.
44. Factor de ajuste por la obstrucción de autobuses, fbb Esta relacionado con el numero de autobuses en una hora que paran en el carril de transito. Factor de ajuste de utilización del carril, fLu Se calcula mediante la siguiente formula: fLu= (vg/vgl N) Donde: Vg = tasa de flujo de demanda no ajustada para el grupo de carriles en vehículos/hora. vgl = tasa de flujo de demanda no ajustada en un carril dentro del grupo con el volumen mas alto. N = numero de carriles en el grupo
45. Factor de ajuste por las vueltas a la derecha, fRT Se considera por el efecto de la geometría y por el uso del cruce peatonal. Factor de ajuste por las vueltas a la izquierda, fLT Se usa para considerar el efecto del mayor tiempo que toma el movimiento de giro a la izquierda. Se pueden hacer bajo cualquiera de las siguientes condiciones:
46. Caso 1: Carriles exclusivos con fase protegida Caso 2: Carriles exclusivos con fase permitida Caso 3: Carriles exclusivos con fase protegida mas permitida Caso 4: Carril compartido con fase protegida Caso 5: Carril compartido con fase permitida Caso 6: Carril permitido con fase protegida más permitida Caso 7: Accesos de un solo carril con vuelta a la izquierda permitida
47. Caso 1: Carril exclusivo para dar vuelta a la izquierda con fase protegida Se usa un factor de vuelta a la izquierda de: fLT1 = 0.95 Caso 2: Carril exclusivo de vuelta a la izquierda con fase permitida Donde: g = tiempo de luz verde para el grupo de carriles (seg.) fLT2 = valor mínimo práctico para el factor de ajuste a la izquierda, para giros a la izquierda permitidos en carriles a la izquierda y asumiendo un intervalo promedio de 2 seg/veh en un carril exclusivo
48. Caso 3: Carriles exclusivos con fase protegida mas permitida El factor para dar vuelta a la izquierda para la parte protegida, se toma como 0.95 y para la fase permitida se calcula mediante la ecuación adecuada. Caso 4: Carril compartido con fase protegida Donde: PLT = es la proporción de vueltas a la izquierda en el grupo de carriles
49. Caso 5: Carril compartido con fase permitida Se considera el efecto resultante sobre el grupo de carriles completo Donde: fm5A = Es el factor de ajuste para dar la vuelta a la izquierda para el carril desde el cual, se hacen las vueltas permitidas a la izquierda.
50. Caso 6: Carril compartido con fase protegida y permitida En este caso se calcula cada fase por separados, para la fase protegida se calcula con la ecuación del caso 4 y para la fase permitida con la ecuación del caso 5. Caso 7: Accesos de un solo carril con vueltas permitidas a la izquierda.
51. Donde: g = tiempo efectivo de luz verde para el grupo de carriles (seg). gf7= parte de tiempo efectivo de luz verde, que termina antes que llegue un vehículo que de vuelta a la izquierda (seg). gu7= parte del tiempo efectivo de luz verde, durante el cual los vehículos que dan vuelta a la izquierda, se infiltran a través del flujo en sentido contrario
52. Factores de ajuste para peatones y bicicletas Se incluyen en la ecuación del flujo de saturación, para considerar la reducción en el flujo de saturación que resulta de los conflictos entre los automóviles, peatones y bicicletas.
53. El procedimiento puede dividirse en 4 etapas: Determinar la ocupación promedio peatonal, OCCpedg Determinar la ocupación relevante en la zona de conflicto, OCCr Determinar los factores de ajuste por peatones y bicicletas, para la fase permitida para los movimientos de giro ApBT Determinar los factores de ajuste para el flujo de saturación, para los movimientos de giro
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55. Determinar la ocupación promedio de los peatones, (OCCpedg) Se calcula primero la tasa de flujo de peatones a partir del volumen de peatones, luego se calcula la ocupación promedio de los peatones a partir del flujo de peatones. Donde:
56. Determinación de la ocupación relevante de la zona de conflicto Las bicicletas y los automóviles que dan vuelta a la derecha, se cruzan antes de llegar a la línea de alto. Los movimientos de vuelta a la izquierda se hacen desde una calle de un solo sentido PARA ESTAS DOS CONDICIONES : DONDE: OCC pedg= Ocupación promedio peatonal obtenida de las ecuaciones 10.42 y 10.43
57. Cuando también se espera las interacción de bicicletas dentro de las intersección se calcula primero el flujo de las bicicletas Luego se determina la ocupación de la zona de conflicto de las bicicletas Luego se calcula la ocupación relevante de la zona de conflicto DONDE: V bicg = Flujo de bicicletas ( bicicletas por hora ) V bic = Volumen de bicicletas
58. Cuando se hacen vueltas a la izq. desde un acceso en una calle de dos sentidos , se hace primero la comparación de la evacuación de la fila en sentido contrario (gq) con el tiempo de luz verde para los peatones (gp) para determinar si gq es mayor que gp -si gq≥ gp, entonces el tiempo de luz verde para los peatones, se usa completamente para la fila de sentido contrario y el factor de ajuste es 1. -si gq‹gp la ocupación peatonal una vez evacuada la fila en sentido contrario(OCCpedu)se determina a partir de la ocupación promedio peatonal(OCC pdeg)
59. Con el uso de la ecuación(10.48) La ocupación relevante de la zona de conflicto(OCCr) se determina a partir de OCCpedu ec 10.49 Donde:OCCpedu= ocupación peatonal después de que se evacue la fila en sentido contrario OCCpedg=ocupación promedio peatonal
60. Gq=tiempo de evacuación de la fila en sentido contrario Qp= luz verde para que crucen todos los peatones
61. DETERMINACION DE LOS FACTORES DE AJUSTE DE LA FASE PERMITIDA DE PEATONES-BICICLETAS PARA EL MOVIMIENTO DE GIRO (APBT) Dos condiciones: 1)El numero de carriles para dar vuelta es igual al numero de carriles de receptores Nturn=Nrec 2)El numero de carriles para dar la vuelta, es menor que el numero de carriles receptores
62. Si Nturn=Nrec , entonces la proporción del tiempo durante el cual se ocupa la zona de conflicto es el factor de ajuste. Apbt=1-OCCr Apbt=factor de ajuste la fase permitida de peatones bicicletas. Si Nturn < Nrec, se reduce el impacto de los peatones y de las bicicletas sobre el flujo de saturación. Apbt= 1-0.6(OCCr)
63. DETERMINACION DE LOS FACTORES DE AJUSTE PARA EL FLUJO DE SATURACION DE GIRO, IZQUIERDA DERECHA Se define con la sgte ecuación : Para la izquierda
64. Donde: Plt= proporción del volumen que da vuelta a la izquierda Apbt= factor de ajuste de la fase permitida para peatones-bicicletas para los movimientos de giro Plta= proporción de vueltas a la izquierda que utilizan la fase protegida
65. Para la derecha Donde: Prt=proporción del volumen que da vuelta a la derecha Apbt= factor de ajuste para la fase permitida de peatones-bicicletas para los movimientos de giro Prta= proporción de vueltas a la derecha con el uso de la fase protegida
67. Determinación del flujo de saturación en campo Generalmente este flujo se alcanza a 10 o 14 segundos después del inicio de la fase verde.
68. Se necesitan dos personas para desarrollar el procedimiento una que sea cronometrista equipado con un cronometro y la otra un registrador equipado con un registrador de fenómenos de botón pulsador o una computadora con el software apropiado y se usa el siguiente formato para registrar los datos:
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70. Para cada ciclo y cada carril se desarrollan los siguientes pasos: Paso 1.- El cronometrista pone en funcionamiento el cronometro al inicio de la fase de luz verde y notifica al registrador Paso 2.- El registrador observa inmediatamente el ultimo vehículo inmóvil en la fila y lo señala al cronometrista, así como los vehículos pesados y los que dan vuelta a la derecha o a la izquierda Paso 3.-Elcronometrista cuenta cada vehículo en la fila
71. Paso 4.-El cronometrista anuncia el momento en que cruzan la línea de alto el cuarto, el decimo y el ultimo vehículo en la fila, luego el registrador los anota Paso5.- En caso de que existan vehículos en fila que todavía entran a la intersección al final de la fase verde, el cronometrista identifica y avisa al registrador el momento que el ultimo vehículo pasa al final de la luz verde. Paso 6.-Se miden el ancho del carril y la pendiente de acceso y se registran con cualquiera de los sucesos poco comunes que puedan haber afectado el flujo de saturación.
72. Paso 7.- El flujo de saturación se determina a partir de la sgte ecuación: Flujo de saturación= 3600 donde: (t4-tn)/(n-4) t4= instante en el que el eje trasero del cuarto automóvil cruza el punto de referencia. tn= instante en el que el eje trasero del ultimo vehículo de la fila al inicio de la luz verde, cruza el mismo punto de referencia. n= es el numero de vehículo censado.
73. Demora uniforme Se determina como : Donde: dli= demora uniforme (segundos/vehículos para el grupo de carriles i) C= duración del ciclo (segundos) Gi=tiempo efectivo de luz verde para carriles Xi= razón(v/c)para grupo de carriles i
74. Demora por incrementos Esta dada como: Donde: d2i= demora por incrementos(seg/vehículos) para el grupo de carriles i ci= capacidad del grupo de carriles i (veh/hr) T= duración del periodo de análisis(hr)
75. Ki=factor de demoras por incrementos que depende de las ordenes del controlador Ii=factor de ajuste de la permeabilidad o filtración antes dela interseccion. Xi=razón v/c para el grupo de carriles i.
76. Demora de la demanda residual Esta demora se presenta como resultado de una demanda no satisfecha de vehículos Qb presente al inicio del periodo de análisis T. Es decir, existe un evento residual de duración Qb al inicio del periodo de análisis. Al calcular esta demanda residual, será aplicable uno de los siguientes cinco casos:
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78. La demanda residual se obtiene de la sgte ecuación: Donde: Qbi= demanda no satisfecha al inicio del periodo ci= capacidad del grupo de carriles ajustada por vehículos/hora T= duración del periodo de análisis (horas) Ti=duración de la demanda no satisfecha en T para el grupo de carriles i (horas) Ui= parámetro de demora para el grupo de carriles i
79. Demora total Para el grupo de carriles i esta dada como: Donde: di= la demora promedio por vehículo para un grupo de carriles dado PF= factor de ajuste de demora uniforme para la calidad del avance dli=componente de la demora del control uniforme suponiendo una llegada uniforme d2i= componente de la demora por incremento de los carriles i, sin demanda residual al inicio del periodo de análisis T d3i= demora de la demanda residual para el grupo de carriles i
80. Demora en el acceso Podemos especificar la demora promedio para cualquier acceso ,como el promedio ponderado de las demoras de todos los grupos de carriles para ese acceso la cual esta dada por:
81. Donde: da= demora para el acceso A (seg/vehículos) dia= demora ajustada para el grupo de carriles i en el acceso A (seg/vehículo) Vi= tasa de flujo ajustada para el grupo de carriles i (vehículo/hora) nA= numero de grupos de carriles en el acceso A.
82. Demora en la intersección El promedio ponderado de las demoras en todos los accesos es la demora promedio en la intersección la cual esta dada como:
83. Donde: dI= demora promedio para intersección (seg/vehículos) dA= demora ajustada para el acceso A(seg/vehículos) vA= tasa de flujo ajustada para el acceso A(vehículos/hora) An=numero de accesos en la interseccion
84. Ejemplo Calculo del nivel de servicio en una intersección semaforizada usando el análisis del nivel de operación. En la figura se muestran los volúmenes de hora pico, los volúmenes de peatones, el diseño geométrico, las maniobras del tránsito y las fases de los semáforos para una intersección aislada previamente de tiempo fijo. Si la intersección no se encuentra de un uso de suelo comercial, y los estudios han mostrado que el FHP en la intersección es de 0.85, ¿Cuál es el nivel esperado de servicio, si se permite el estacionamiento lateral en cada acceso? Use el nivel de análisis de evaluación de operaciones. No hay fase todo rojo y el tiempo de la luz ámbar es de tres segundos.
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86. Solución 1. Condiciones geométricas. 2. Condiciones de transito. 3.Condición de la señalización.
87. Números de peatones que cruzan/hora=30 Numero de intervalos/hora=3 600/100=36 Numero promedio de peatones que cruzan /intervalo=30/36=0.83 Para el sentido E Para el sentido N-S
88. Los cálculos que se requieren para el modulo de volumen de ajuste, pueden desarrollarse con el empleo de la hoja de trabajo e ajuste de volumen, de la figura
89. Tasa de flujo. Los volúmenes se ajustan respecto al flujo pico de 15 minutos con el uso del FHP, por ejemplo
91. Ajuste del volumen. 882+135=1017 Proporción de vueltas a la izquierda y vueltas a la derecha. Por ejemplo, la proporción de la tasa de flujo de paso y de vuelta a la derecha EN DIRECCION ESTE , que da vuelta a la derecha es 135/1017= 0.13
94. Factor de ajuste por estacionamiento, fp. En este caso, hay 10 maniobras de estacionamiento por hora en cada acceso. Cada uno de los grupos de carriles afectados por las maniobras de estacionamiento, tiene dos carriles. Por tanto el factor de ajuste por estacionamiento es 0.925 como se muestra enseguida. Observe que solamente el grupo de carriles a la derecha en cada acceso, está afectado por el estacionamiento. Por ejemplo
95. Factor de ajuste por obstrucción de autobuses, fbb,- Ya que hay 10 autobuses que se paran en cada acceso por hora, y ya que cada una de los grupos de carriles afectados tiene 2 carriles. Por ejemplo.-
96. Factor de ajuste por el tipo de área, fa. La intersección no se localiza en un área comercial; por tanto, el factor de ajuste por el tipo de área es 1.00 para todos los accesos. Factor de ajuste del carril para dar vuelta a la derecha, fRT. Por ejemplo
97. Factor de ajuste del carril para dar vuelta a la izquierda, flt. El factor de ajuste para dar vuelta a la izquierda para la fase protegida del acceso EN DIRECCION OESTE, se obtiene directamente de la tabla 10.4 y es 0.95, ya que las vueltas a la izquierda en este acceso, se hacen desde los carriles exclusivos para dar vuelta a la izquierda con fase protegida. Sin embargo, es necesario usar el procedimiento especial para los demás accesos, ya que las vueltas a la izquierda en todos ellos se hacen durante una fase permitida
102. Factores de ajuste para peatones y bicicletas. Estos factores contemplan la reducción de la tasa de flujo de saturación, como resultado de los incidentes entre automóviles- peatones y bicicletas
103. Determine la ocupación promedio de los peatones Determine la tasa de flujo de bicicletas Determine la ocupación de los peatones después de la evacuación de la fila en sentido contrario (OCCpedu para las vueltas a la izquierda)
104. Determine la ocupación relevante de la zona de conflicto (OCCr) Determine el factor de ajuste de la fase permitida con el uso de la ecuación 10.51. Observe que en este caso Nvuelta <N rec. Determine el factor de ajuste del flujo de saturación de peatones / bicicletas para la vuelta a la izquierda
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106. Determine el factor de ajuste Apbt de peatones-bicicletas para la fase permitida.- Determine el factor de ajuste de flujo de saturación de peatones-bicicletas, para las vueltas a la derecha Entonces se determina el flujo de saturación ajustado .- Por ejemplo, la tasa ajustada de flujo de saturación para el grupo de vuelta a la izquierda EN DIRECCION ESTE es Se resume en la siguiente hoja de trabajo:
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108. Capacidad y modulo V/C Ya que este es un problema de análisis, se conocen los tiempos de los semáforos y se determinan las razones g/C suponiendo un tiempo perdido de 3 segundos por fase. El tiempo de luz ámbar es de 3 segundos por fase.
112. PLANILLAS U HOJAS DE TRABAJO PARA EL ANÁLISIS 1RAHOJA DE TRABAJO DE LAS ENTRADAS DEL MÉTODO DE LA PLANIFICACIÓN.-En ella se ingresa los datos necesarios.
113.
114.
115. PASOS PARA EL DESARROLLO DEL ANÁLISIS DE PLANIFICACIÓN: