TRANSPORTES. Sessão Prática 11 Dimensionamento de Interseções Semaforizadas

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1 Mestrado Integrado em Engenhara Cvl TRANSPORTES Prof. Responsável: Lus Pcado Santos Sessão Prátca 11 Dmensonamento de Interseções Semaforzadas Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 1/23

2 INTERSEÇÕES são zonas onde duas ou mas lnhas de movmentos de veículos ou peões se cruzam e entram em conflto por terem de partlhar o mesmo espaço. FACTORES CRÍTICOS DA REDE VIÁRIA (em especal da rede urbana) Capacdade Segurança / Snstraldade OBJETIVOS Redução do número e gravdade dos acdentes (aumento de segurança) Garantr a máxma comoddade e convenênca aos utlzadores Rapdez / Capacdade (mobldade) Alternatvas (acessbldade) Facldade de utlzação INTERSEÇÕES Introdução Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 2/23

3 Geometra Controle Nível 3 braços ( T ); 4 ou mas braços Desnvelada Trompete, damante, trevo, etc. Sem snalzação (Regra da prordade à dreta) Snalzadas Perda de prordade (nas vas de menor mportânca) Stop (nas vas de menor mportânca) Canalzação dos movmentos (com stop ou perda de prordade) Semáforos Rotunda INTERSEÇÕES Análse Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 3/23

4 Sstema de controle de tráfego utlzado em mutos cruzamentos de nível com os seguntes OBJETIVOS: Aumento da segurança, separando as correntes de tráfego em conflto; Dmnução do tempo de atravessamento; Aumento da capacdade; Equlíbro do nível de servço nas correntes de tráfego. VANTAGENS Maor controle sobre as decsões dos utlzadores - nomeadamente as erradas Permte alterar comportamentos - por exemplo velocdades ou tneráros Permte a progressão nnterrupta de um pelotão / vatura prortára / TP Permte coordenar o tráfego de um tneráro/rede Introdução Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 4/23

5 Atraso médo por véculo para todos os veículos que entram no cruzamento (seg.) Tempo Perddo: Cruz. Semaforzado vs Cruz. Prortáro 0 Atraso médo: 20 seg. Atraso médo na estrada secundára em regme de prordade : 100 seg. Tpo A - Boa vsbldade Tpo B - Má vsbldade Cruzamento prortáro Tpo B Tpo A Semáforos Tráfego que entra no cruzamento (veículos / hora) Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 5/23

6 Defnções (I) Cclo - Sequênca total de ndcações de um semáforo (suposta repettva); Tempo de cclo - Tempo necessáro para completar um cclo, meddo em segundos e defndo como T; Fase - Parte do cclo destnada a uma qualquer combnação de movmentos que recebem permssão para avançar. Uma fase pode acomodar um movmento protegdo ou permtdo. (Um movmento permtdo é aquele que tem lugar em conflto com um fluxo de veículos ou peões, os movmentos protegdos são aqueles que se executam sem esses confltos); Tempo de verde - tempo em que, durante uma dada fase, a luz verde aparece. Meddo em segundos e dentfcado como G (para a fase ); Tempo de verde efetvo - Tempo, durante uma fase, que é efetvamente utlzado pelos movmentos, é geralmente gual ao tempo de verde mas o tempo adconal de passagem menos o tempo perddo no arranque para a fase, meddo em segundos e desgnado pela letra g (para a fase ); Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 6/23

7 Defnções (II) Ráco de verde - Relação entre o tempo verde efectvo e o tempo de cclo g/t (para a fase ); Tempo perddo - Tempo em que a ntersecção não está a ser utlzada por nenhum dos movmentos, L; Tempo de mudança - Soma dos tempos de amarelo e tudo vermelho que ocorrem entre fases e que exstem para permtr a lmpeza do cruzamento, meddo em segundos e defndo pela letra TM; Tudo vermelho - Intervalo de tempo em que o snal vermelho se encontra aceso para todas as fases; Vermelho efetvo - Tempo, durante um cclo, em que um movmento (ou conjunto de movmentos) não tem permssão para avançar. É meddo em segundos e dentfcado por r (para a fase ); Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 7/23

8 Rua Oeste Rua Norte Rua Sul Rua Oeste Rua Este Ruas Norte e Sul Rua Este Dagrama de Cclo Defnções (III) Dagrama de Fases a Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 1 Fase 2 Fase 3 T b b c f e Movmento a Movmentos b Movmentos e, f Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 8/23

9 FASE PARA PEÕES Mov. Protegdos vs Mov. Permtdos (I) A semaforzação melhora as condções de atravessamento dos peões Condções para atrbução de uma fase exclusva (mov. Protegdo) ou uma fase combnada com o tráfego automóvel (mov. Protegdo para os peões) Reno Undo: Se o fluxo de peões cruzando qualquer dos braços do cruzamento for superor a 300 peões/hora; Se o tráfego que vra para um determnado braço tem uma separação de menos de 5 seg. durante o tempo de vragem e conflto de 50 peões /hora. Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 9/23

10 Volume de Esquerda (uvl/h/psta) (uvl/h/va) (uvl/h/va) Nota: VE cruza 1 psta. Nota: VE cruza 1 va Esquerda Permtda Esquerda Protegda Velocdade da corrente de tráfego em sentdo oposto (km/h) FASE EXCLUSIVA PARA VIRAGEM À ESQUERDA Função de: Volume de conflto, n.º de vas e velocdade, na va a cruzar Mov. Protegdos vs Mov. Permtdos (II) Volume de Esquerda (uvl/h/psta) (uvl/h/va) Volume de Esquerda (uvl/h/psta) 160 Nota: VE cruza 2 pstas. Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 10/ Nota: VE cruza 2 vas Esquerda Permtda Esquerda Protegda Velocdade da corrente de tráfego em sentdo oposto (km/h) Nota: VE cruza 3 pstas. Nota: VE cruza 3 vas Esquerda Protegda Esquerda Permtda Velocdade da corrente de tráfego em sentdo oposto (km/h)

11 Tempo de cclo óptmo Tempo de cclo ótmo é o tempo mínmo necessáro para acomodar os movmentos. Segundo Webster 1 (formulação baseada na mnmzação dos tempos de atraso da nterseção), Sendo: L tempo perddo por cclo; y j Índce de carga (v/s) da fase j (crítco) n j1 y j n 1 v s c T ótmo 1,5 L 5 n 1,0 y j1 - somatóro dos índces de carga. consderando apenas o movmento com maor ráco v/s em cada uma das fases. j (1) Webster, F. V. - Traffc Sgnal Settngs, Road Research, Techncal Paper N Road Research Laboratory, 1958, pp Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 11/23

12 L Tempo perddo por cclo: n 1 Sendo: n l TM 1 n nº total de fases; T pa tempo perddo no arranque; T ap tempo adconal de passagem; TV tempo tudo vermelho ; A tempo de amarelo. Cálculo do tempo perddo l TM T pa T TV Valores típcos: ap A (tempo perddo) (tempo de mudança) Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 12/23

13 Capacdade A capacdade de um determnado movmento defne-se como sendo o fluxo máxmo que pode efectuar esse mesmo movmento num dado ntervalo de tempo sob determnadas condções de tráfego, e característcas geométrcas e de snalzação (o fluxo meddo ou projetado refere-se normalmente a 15 mnutos). (Fluxo: Número de veículos que passam numa dada secção num determnado ntervalo de tempo) Condções de tráfego - Volumes, dstrbuídos por movmentos tpo; localzação e utlzação de paragens de autocarro que possam exstr na área da nterseção; fluxos de atravessamento de peões; condções de estaconamento. Característcas geométrcas - Número e utlzação das vas, nclnações longtudnas. Característcas de snalzação - Defnção das fases (tempos e sequêncas) e modo de operação do comando. Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 13/23

14 Ráco Crítco, X c.- consste no ráco volume/capacdade (v/c) para a nterseção como um todo, mas, consderando apenas o movmento com maor ráco v/s em cada uma das fases. sendo: X c - ráco crítco (v/c) para a ntersecção como um todo n 1 v s c - somatóro dos índces de carga crítca (de todos os grupos de vas consderadas crítcas) n nº total de fases T - tempo de cclo em segundos L - total de tempo perddo por cclo Capacdade 1 Baseando-nos no conceto de ráco crítco, podemos conclur que se X c 1.0, então é possível acomodar todos os movmentos na sequênca de fases e tempos de cclo defndos. n v T X c. s T L Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 14/23 c

15 A capacdade de um grupo de vas pode ser defnda por: Capacdade sendo: c - capacdade do grupo de vas s - fluxo de saturação para o grupo de vas g /T - ráco de verde para o grupo de vas (tempo de verde/tempo de cclo) c s. g T Fluxo de saturação: fluxo máxmo que pode atravessar uma dada nterseção, sob as condções exstentes, admtndo que aquele grupo de vas dspõe de 100% de tempo de verde. Grau de saturação: consste no ráco volume/capacdade (v/c) para cada va do cruzamento. X v c v g s. T v s T g Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 15/23

16 O nível de servço é defndo em termos de tempo médo de atraso o qual é uma medda do desconforto do condutor, consumo de combustível e tempo perddo na vagem. Assm, o nível de servço é defndo a partr dos tempos médos de atraso para um período de ponta de 15 mnutos, podendo este ser meddo no campo ou calculado. Este atraso refere-se ao tempo gasto para atravessar esta nterseção, em excesso relatvamente à stuação de atravessamento lvre da nterseção (como se esta fosse desnvelada ou não exstsse). Inclu portanto os tempos de paragem no vermelho assm como flas de espera, caso exstam. Defnção dos níves de servço (Fonte: Hghway Capacty Manual) Nível de servço Nível de Tempo de atraso servço (seg./veíc.) A 5.0 B 5.1 a 15.0 C 15.1 a 25.0 D 25.1 a 40.0 E 40.1 a 60.0 F > 60.0 Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 16/23

17 Exercíco P11.1 Consdere a nterseção esquematzada, consttuída por uma estrada prncpal, va coletora com duas vas (uma para cada sentdo de crculação), exstndo mas uma va exclusva para vragens à esquerda, e uma estrada secundára que consste numa va local composta de duas vas. Não exstem quasquer alargamentos das vas na zona da ntersecção e o rao das curvas é de 6 m. Prevendo-se a nstalação de snalzação lumnosa, determne, para os dados geométrcos e de tráfego apresentados, a duração do cclo óptmo, de acordo com o método de Webster, e respetva repartção pelas fases. Faça gualmente a representação do dagrama de cclo. Dados: Fluxo de saturação = 1600 uvl/h/va; Fluxo de Saturação de V4, se apenas permtdo = 1200 uvl/h; Velocdade Méda = 40 km/h; Tempo de amarelo = 3 seg.; T ap = 2,5 seg.; T pa = 3,5 seg. Tempo Tudo Vermelho (TV) = 2 seg. Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 17/23

18 Exercíco P11.1 Volume de Esquerda (uvl/h/psta) (uvl/h/va) (uvl/h/va) Nota: VE cruza 1 psta. Nota: VE cruza 1 va Esquerda Permtda Esquerda Protegda Velocdade da corrente de tráfego em sentdo oposto (km/h) Volume de Esquerda (uvl/h/psta) (uvl/h/va) Volume de Esquerda (uvl/h/psta) 160 Nota: VE cruza 2 pstas. Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 18/ Nota: VE cruza 2 vas Esquerda Permtda Esquerda Protegda Velocdade da corrente de tráfego em sentdo oposto (km/h) Nota: VE cruza 3 pstas. Nota: VE cruza 3 vas Esquerda Protegda Esquerda Permtda Velocdade da corrente de tráfego em sentdo oposto (km/h)

19 Plano de fases O movmento de vragem à esquerda v4 tem um fluxo nferor a 100 uvl/h e necessta apenas de atravessar uma va e a velocdade do tráfego oposto é de 40km/h, de acordo com os gráfcos fornecdos, este movmento VE (v4) pode ser acomodado no plano de fases como movmento permtdo. Assm, sugere-se o segunte plano de fases: v2 v3 Fluxos de saturação (s ) Exercíco P Resolução Fase A v5 v4 Fase B v7 v9 Vas Movmentos s (uvl/h) 1 V 2 +V V V V 7 +V Nota: V4 movmento permtdo Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 19/23

20 L Índces de carga em cada va (y ) Índce de carga crítco (y c ) Fase A: y A = máx. (y 1,y 2,y 3 ) = máx. (0,20; 0,07; 0,21) = 0,21 Fase B: y B = y 4 = 0,11 Tempo perddo por cclo (L) 2 1 l 2 1 TM Exercíco P Resolução 2 3,5 2, s Vas s (uvl/h) v (uvl/h) y =v /s =320 0, , , =175 0, y c 0,21 0,11 0,32 Com: T ap = 2,5 s T pa = 3,5 s Tempo de amarelo = 3 s Tempo tudo vermelho = 2 s Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 20/23

21 Estmatva do tempo de cclo ótmo (Webster) T g opt g A 1,5 L 5 n 1,0 y G T 23 X c 1 n y 1 y 0,21 0,32 n y 1 c 1, ,0 0,32 G T 15,1 15 c s s Estmatva dos tempos de verde efetvo (g ), onde Estmatva do ráco crítco (X c ) Exercíco P Resolução T L s g B T 35 0,32 0,49 T L , ,9 8 s ,32 (tempo de verde efetvo total por cclo, não confundr com tempo de verde) cruzamento não saturado! Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 21/23

22 Representação do dagrama de cclo G G A B g g a b T T pa pa T T Exercíco P Resolução ap ap 15 3,5 2,5 16 s 8 3,5 2,5 9 s Fase A Fase B Movmentos v2, v3, v4, v5 Movmentos v7, v (segundos) Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 22/23

23 Exercíco P11.2 Consdere uma nterseção entre duas estradas, sendo a prncpal uma va arteral com quatro vas e com vas reservadas para vragens à esquerda em ambas as aproxmações. A estrada secundára é uma va coletora com duas vas. Do lado Sul a estrada fo recentemente alargada tendo sdo adconada uma va para vragens à esquerda. Proponha um esquema de funconamento para os semáforos a nstalar na nterseção, representando-o através de um dagrama do cclo. Utlze o método de Webster. Dados: o Fluxo de saturação = 1600 uvl/h/va; o Fluxo de saturação das VE na Est. Prncpal, se apenas permtdas = 1000 uvl/h; o Fluxo de saturação das VE na Est. Secundára, se apenas permtdas = 1300 uvl/h; o Velocdade méda = 40 km/h; o Tempo de amarelo = 3 seg.; Tap = 2,5 seg.; Tpa = 3,5 seg. o Tempo tudo vermelho = 2 seg. [uvl/h] Insttuto Superor Técnco / Mestrado Integrado Engenhara Cvl Transportes Aulas Prátcas 23/23