UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UEG UNU DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL RAFAELA PAULA DE CASTRO VARGAS

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UEG UNU DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL RAFAELA PAULA DE CASTRO VARGAS OPERAÇÃO DO TRÁFEGO EM INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS: ANÁLISE COMPARATIVA DA ENTRE A METODOLOGIA DIVULGADA PELO DENATRAN E A APRESENTADA NO HIGHWAY CAPACITY MANUAL HCM (2000) PUBLICAÇÃO Nº: ANÁPOLIS / GO 2011

2 ii RAFAELA PAULA DE CASTRO VARGAS OPERAÇÃO DO TRÁFEGO EM INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS: ANÁLISE COMPARATIVA DA ENTRE A METODOLOGIA DIVULGADA PELO DENATRAN E A APRESENTADA NO HIGHWAY CAPACITY MANUAL HCM (2000) PUBLICAÇÃO Nº: PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS ORIENTADOR: PROF. DR. BENJAMIM JORGE R. DOS SANTOS ANÁPOLIS / GO : 2011

3 iii Vargas, Rafaela Paula de Castro Operação do tráfego em interseções semaforizadas: análise comparativa da entre a metodologia divulgada pelo DENATRAN e a apresentada no Highway Capacity Manual HCM (2000) Projeto Final Universidade Estadual de Goiás. Unidade de Ciências Exatas e Tecnológicas Curso de Engenharia Civil 1. Interseção semaforizada 2. DENATRAN 3. HCM I. Título VARGAS, R. P. C. Operação do tráfego em interseções semaforizadas: análise comparativa da entre a metodologia divulgada pelo DENATRAN e a apresentada no Highway Capacity Manual HCM (2000). Projeto Final, Publicação , Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, GO, NOME DO AUTOR: Rafaela Paula de Castro Vargas TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE PROJETO FINAL: Operação do tráfego em interseções semaforizadas: análise comparativa da entre a metodologia divulgada pelo DENATRAN e a apresentada no Highway Capacity Manual HCM (2000) GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2011 É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias deste projeto final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste projeto final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. Rafaela Paula de Castro Vargas Rua T-38, nº 975, Ed. Portal do Bueno, aptº 703, St. Bueno Goiânia/GO - Brasil

4 iv RAFAELA PAULA DE CASTRO VARGAS OPERAÇÃO DO TRÁFEGO EM INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS: ANÁLISE COMPARATIVA DA ENTRE A METODOLOGIA DIVULGADA PELO DENATRAN E A APRESENTADA NO HIGHWAY CAPACITY MANUAL HCM (2000) PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL APROVADO POR: BENJAMIM JORGE R. DOS SANTOS, Doutor (UEG) (ORIENTADOR) BRANDINA FÁTIMA M. DE CASTRO ANDRADE, Mestre (UEG) (EXAMINADOR INTERNO) RONE EVALDO BARBOSA, Mestre (UEG) (EXAMINADOR INTERNO) DATA: ANÁPOLIS/GO, 26 de Novembro de 2011

5 v RESUMO Esta pesquisa teve como objetivo comparar duas metodologias de interseções semaforizadas, o método brasileiro do DENATRAN e o método estadunidense do HCM. Dois cruzamentos foram escolhidos por amostragem em Goiânia, GO, no setor Bueno, para estudo de caso. Os métodos datam dos anos 1984 (DENATRAN) e 2000 (HCM), porém mesmo a metodologia do DENATRAN sendo consideravelmente mais defasada do que a metodologia do HCM os resultados das comparações foram semelhantes, o que comprovou a aplicabilidade dos dois métodos. Palavras-chave: metodologia, interseção, DENATRAN, HCM, semáforos.

6 vi ABSTRACT This research was designed to compare two methodologies signaled intersections, the brazilian method DENATRAN and the U.S. method HCM. crosses were chosen in Goiânia, GO, Bueno neighborhood for case study. The methods dating from the year 1984 (DENATRAN) and 2000 (HCM), but even the methodology of DENATRAN being considerably more lagged than the HCM methodology, of the comparison results were similar, which proved the applicability of both methods. Keywords: methodology, intersection, DENATRAN, HCM, semaphore.

7 vii LISTA DE FIGURAS FIGURA PÁGINA Figura 3.1 Sinalização horizontal de PARE...6 Figura 3.2 Interseções simultâneas...7 Figura 3.3 Distribuição alternada de veículos...8 Figura 3.4 Resultado da distribuição alternada de veículos...8 Figura 3.5 Exemplo de semáforo veicular...9 Figura 3.6 Exemplo de semáforo para pedestres...10 Figuras 3.7.a Movimentos conflitantes...11 Figuras 3.7.b Movimentos conflitantes...11 Figura 3.8 Interseção com cinco aproximações...15 Figura 3.9 Diferença de volume de tráfego em duas interseções...18 Figura 3.10 Sentidos opostos de movimento...19 Figura 4.1 Formação e extinção da fila de veículos numa aproximação...31 Figura 4.2 Diagrama esquemático...38 Figura Atributos fundamentais do fluxo em cruzamentos sinalizados...47 Figura Relação entre verde normal (G), tempo perdido (I 1 e I 2 ) e tempo de verde efetivo (g i )...49 Figura 5.3 Aplicação de composto de tempo perdido...50 Figura 5.4 Roteiro para aplicação da metodologia HCM para interseções semaforizadas...51 Figura 5.5 Níveis de serviço...53 Figura 5.6 Três estudos de abordagens alternativas...59 Figura 5.7 Determinação do grupo de faixas crítico...68 Figura 6.1 Foto do cruzamento da avenida T-6 com a avenida T Figura Foto do cruzamento da avenida T-6 com a avenida T Figura 6.3 Vista superior do cruzamento da avenida T-2 com a avenida T Figura 6.4 Vista superior do cruzamento da avenida T-6 com a avenida T

8 viii LISTA DE QUADROS QUADRO PÁGINA Quadro 3.1 Volume mínimo de veículos...14 Quadro 3.2 Volume mínimo de veículos para vias secundárias...14 Quadro 3.3 Exemplo de variação de volume de veículos por hora...20 Quadro Símbolos, definições e unidades para as variáveis do fluxo de tráfego para interseções...48 Quadro 5.2 Critérios de LOS para interseções semaforizadas...54 Quadros 5.3 Dados de entrada necessários para cada grupo de faixas analisado...54 Quadro 5.4 Tipos de chegada...56 Quadro 5.5 Grupos típicos de faixas...58 Quadro 5.6 Fatores de ajuste para determinação da taxa de fluxo de saturação...62 Quadro 5.7 Relação entre tipos de chegada e razão de pelotão R p Quadro 5.8 Fator de ajuste de progressão para cálculo de atraso uniforme...71 Quadro 5.9 Valores de k para explicar o tipo de controlador...73 Quadro 5.10 Valores recomendados de l...74 Quadro 5.11 Seleção de variáveis de atraso através de todos os casos...75 Quadro 6.1 Fator de equivalência para diversos tipos de veículos...80 Quadro 6.2 Resultados do cruzamento T-2 x T-6 método DENATRAN...82 Quadro 6.3 Resultados do cruzamento T-6 x T-3 método DENATRAN...82 Quadro 6.4 Resultados do cruzamento T-2 x T-6 método HCM...86 Quadro 6.5 Resultados do cruzamento T-6 x T-3 método HCM...87

9 ix LISTA DE TABELAS TABELA PÁGINA Tabela 3.1 Volumes de veículos em sentido opostos de movimento...19 Tabela 3.2 Exemplo de planos utilizados...21 Tabela 4.1 Tabulação de A...40 Tabela 4.2 Tabulação de B...41 Tabela 4.3 Tabulação de C...41

10 x LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS ARRB CBD CET DENATRAN FHP HCM LOS PHF RMTC TRB Australian Road Research Board Central business district Companhia de Engenharia de Tráfego do Município de São Paulo Departamento Nacional de Trânsito Fator hora pico Highway Capacity Manual Level of service Peak-hour factor Rede Metropolitana de Transporte Coletivo Transportation Research Board

11 xi SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVO GERAL OBJETIVO ESPECÍFICO ASPECTOS CONCEITUAIS GENERALIDADES SOBRE SEMÁFOROS CONCEITOS BÁSICOS CRITÉRIOS PARA INSTALAÇÃO DE SEMÁFOROS TIPOS DE CONTROLADORES Sincronismo com outros semáforos Capacidade de programação de planos de tráfego Estratégias de controle disponíveis Sistemas com planos de tráfego que variam segundo a hora do dia Sistemas com variação segundo o tráfego Sistema centralizado por computador A METODOLOGIA DENATRAN INTRODUÇÃO CAPACIDADE E FLUXO DE SATURAÇÃO ESTIMATIVA DO FLUXO DE SATURAÇÃO E TEMPO PERDIDO Fluxo de saturação Tempo perdido PLANOS DE TRÁFEGO PARA INTERSEÇÕES ISOLADAS Taxa de ocupação e grau de saturação de uma aproximação Tempo de ciclo mínimo Tempo de ciclo ótimo Procedimento prático para dimensionamento dos tempos de um semáforo isolado Comentários sobre a equação do tempo de ciclo ótimo A METODOLOGIA HCM...46

12 xii 5.1. INTRODUÇÃO INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS METODOLOGIA DE INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS LOS - NÍVEIS DE SERVIÇO (LEVEL OF SERVICE) PARÂMETROS DE ENTRADA Geometria Tráfego Dados da programação semafórica AGRUPAMENTO DE FAIXAS DETERMINAÇÃO DA TAXA DE FLUXO Estudo de abordagens alternativas Ajuste para conversão à direita no vermelho DETERMINAÇÃO DA TAXA DE FLUXO DE SATURAÇÃO Taxa de fluxo de saturação por pista - s o Fator de ajuste para a largura de faixa (f w ) Fatores de ajuste para veículos pesados (f HV ) para o greide adotado (f g ) Fator de ajuste para existência de estacionamento (f p ) Fator de ajuste para bloqueio provocado pelas paradas de ônibus (f bb ) Fator de ajuste para o tipo da área (f a ) Fator de ajuste para utilização da pista (f LU ) Fator de ajuste para curvas à direita (f RT ) e à esquerda (f LT ) Fator de ajuste para movimentos de pedestres e bicicletas com curvas à direita (f Rpb ) e à esquerda (f Lpb ) DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE E DA RELAÇÃO V/C Capacidade Relação v/c Grupo de faixas crítico DETERMINAÇÃO DO ATRASO Fator de ajuste de progressão Atraso uniforme...71

13 xiii Atraso adicional Fator de Calibração de atraso adicional Fator de ajuste antes da medição/filtragem Atraso de fila inicial ESTUDO DE CASO MÉTODO DENATRAN MÉTODO HCM CONCLUSÕES E SUGESTÕES REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA...89 ANEXOS...91 ANEXO A RESULTADOS DAS CONTAGENS DE VEÍCULOS...92

14 1 1. INTRODUÇÃO O fluxo de veículos é um fenômeno importante no controle dos movimentos nas interseções ou cruzamentos urbanos, devido ao caos que pode se tornar uma cidade sem um controle adequado. A necessidade de se instalar semáforos nas cidades surgiu com a concentração de veículos nas áreas centrais, o que ocorreu com o aumento da produção de veículos em série, logo no início do Século XIX. Existem duas formas de se estudar o fluxo de veículos: os modelos macroscópicos e microscópicos. O modelo macroscópico considera a corrente de tráfego como um todo, sem se preocupar com o veículo em si. O modelo microscópico procura descrever o comportamento de cada veículo. O fluxo de veículos pode ser dividido também em fluxo de tráfego contínuo e fluxo de tráfego interrompido. O fluxo contínuo é típico de vias rurais e é caracterizado por não haver semáforos para interromper o movimento de veículos; sua forma mais pura são as Freeways ou vias de trânsito rápido. Já no fluxo interrompido existem semáforos e outros dispositivos de controle como placas de regulamentação com regras de prioridades como a R-1 PARE. Setti (2009) diferencia os tipos de fluxo tráfego:... um fluxo de tráfego contínuo é aquele em que não existem interrupções periódicas na corrente de tráfego o tipo de fluxo encontrado em auto-estradas e outras vias com acesso limitado, onde não existem semáforos, sinais de parada obrigatória ou de preferencial à frente e nem interseções de nível... (SETTI, 2009, p.80) Ainda de acordo com Setti (2009): Os fluxos de tráfego interrompidos são encontrados nos trechos de vias onde existem dispositivos que interrompem o fluxo de veículos periodicamente. (SETTI, 2009, p. 81) A implantação de semáforos tem aspectos positivos e negativos. Se o semáforo for instalado em um local de real necessidade o conforto de veículos e pedestres aumenta significativamente, porém se instalado em local indevido o número de paradas e o tempo de espera aumenta, sem falar no gasto com implantações e manutenções desnecessárias. Por estes motivos deve ser feito um minucioso estudo de caso para decidir sobre a necessidade de

15 2 instalação de semáforos nos cruzamentos. Para regular um semáforo ou dimensionar os tempos componentes de seu ciclo existem vários critérios a serem adotados. O Método sugerido pelo DENATRAN propõe identificar o fluxo de saturação usando histogramas de tráfego. O Método australiano da ARRB apud Akçelik (1993) requer que seja contado o número de veículos que atravessam a faixa de retenção em três períodos específicos: os dez primeiros segundos de verde, o período restante de verde enquanto saturado e o tempo após o término do verde. O Método norte-americano divulgado no Highway Capacity Manual HCM tem poucas diferenças do Método australiano da ARRB OBJETIVO GERAL Este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo geral divulgar no meio acadêmico as metodologias mais empregadas na análise da operação de interseções semaforizadas, já que este tema não é muito abordado nas escolas de engenharia civil por não fazer parte da ementa das matérias obrigatórias disponíveis no curso de engenharia civil OBJETIVO ESPECÍFICO O objetivo específico deste trabalho de conclusão de curso é comparar aplicações do método DENATRAN e do método HCM em análises da operação de interseções semaforizadas. A comparação a ser feita entre os métodos será com relação à saturação da interseção, analisando fluxo de saturação, capacidade da interseção, taxa de saturação, atraso médio e nível de serviço. Os métodos serão aplicados no capítulo de estudo de caso e comentados na conclusão.

16 3 2. ASPECTOS CONCEITUAIS O primeiro semáforo utilizado para controlar o fluxo de veículos foi instalado em Londres em Segundo Setti (2009), que evidencia ainda que o semáforo elétrico inventado por James Hoge em 1913 nos EUA foi precursor do semáforo de três cores que se tornou popular só na década de Esse autor estuda o fluxo de veículos, a forma de controlá-lo, a teoria do fluxo de tráfego em interseções e alguns conceitos da capacidade e do nível de serviço de vias de transporte. Silva (2001) apresenta estudos teóricos sobre Engenharia de tráfego. São abordados os principais conceitos e estuda-se os procedimentos de análise de capacidade para interseções em nível, semaforizadas ou controladas por regra de prioridade, segundo a metodologia apresentada no HCM, uma obra utilizada mundialmente nos estudos e análises da operação do tráfego. Pereira et al. (2007) produziram um livro relativo ao sistema de transportes e também, assim como Silva(2001), discorre sobre engenharia de tráfego. Pereira et al. (2007) se fundamentam na famosa frase do ex-presidente Washington Luiz: Governar é abrir estradas, para afirmar que a infra-estrutura de transportes é requisito básico para o desenvolvimento de um país, e a partir dessa premissa produzir uma obra baseada nos tipos de transportes, na Engenharia de Tráfego e na classificação das vias terrestres. Luna (2003) em sua dissertação de mestrado aborda o fluxo de saturação por achar importante fazer uma correta temporização de semáforos, mesmo que para isso seja necessário importar métodos como o americano apresentado no HCM (2000) ou o australiano da ARRB. Demarchi apud Quem avalia a capacidade e os níveis de serviços de rodovias de pista simples segundo a metodologia do HCM. A análise de pistas simples feita nessa obra é justificada pela quantidade considerável de vias desse tipo na malha rodoviária do Brasil, visto que vias de pistas duplas nem sempre são viáveis em países em desenvovimento. Goldner (2011) analisa a capacidade e os níveis de serviços de rodovias, mas considerando rodovias com pistas de duas ou mais faixas de rolamento. O método utilizado nessa obra é também o do HCM, apontado como o mais atual e mais utilizado.

17 4 Campos apresenta uma metodologia para o cálculo da capacidade de rodovias de duas faixas e dois sentidos de tráfego, mas de maneira mais prática, o que faz com que a obra seja considerada como um roteiro de cálculo. Akishino (2010) faz uma análise da operação do tráfego em vias urbanas e afirma que sem interferência do fluxo de tráfego, o tempo médio parado corresponde à metade da duração do tempo de vermelho dos semáforos. O HCM (2000), o principal manual americano de estudo da capacidade rodoviária, um dos fundamentos deste trabalho, apresenta uma ampla teoria de Engenharia de Tráfego, principalmente para análises da capacidade de vários elementos componentes de rodovias ou de vias urbanas. O Manual de Semáforos do DENATRAN (1984), outro fundamento deste trabalho de conclusão de curso, foi realizado em conjunto com a Companhia de Engenharia de Tráfego do Município de São Paulo - CET. Esse manual é utilizado há mais de vinte anos no Brasil em estudos para instalação, operação e manutenção de sistemas semafóricos.

18 5 3. GENERALIDADES SOBRE SEMÁFOROS 3.1. CONCEITOS BÁSICOS O DENATRAN traz inicialmente comentários sobre o tempo que os veículos ficam parados nos cruzamentos: Nas grandes cidades, cerca de 50% dos tempos de viagens e 30% do consumo de gasolina são gastos com os carros parados nos cruzamentos, esperando que o sinal passe de período vermelho para o verde. (DENATRAN, 1984, p. 9) Em vista dessa afirmação vê-se a necessidade de cuidados com as interseções semaforizadas para uma otimização de tempo e de espaço. Ao se fazer a regulagem adequada de semáforos ou de conjuntos de semáforos, a metodologia DENATRAN considera que ocorra uma redução do tempo total de atraso de 10 a 30%. A metodologia inicial apresentada nesse capítulo é baseada no manual do DENATRAN, portanto todas as considerações aqui realizadas são feitas com fonte desse manual. Por serem dados retirados do manual brasileiro, não significa que só se aplica no Brasil, toda a metodologia inicial apresentada neste trabalho de conclusão de curso é aplicável a nível internacional. Em cruzamentos entre duas ou mais vias os movimentos dos veículos não podem ser realizados simultaneamente, sem regras de preferência, porque são movimentos conflitantes. Existem para este fim, normas de controle de passagem, que aumentam as condições de fluidez e reduzem o risco de acidentes, tanto entre veículos quanto entre veículos e pedestres. Uma simples sinalização horizontal de PARE ajuda na travessia de interseções, já que com isso um veículo tem a preferência de seguir adiante, enquanto outro deve ceder passagem por estar em via secundária. A Figura 3.1 a seguir ilustra a situação.

19 6 Figura 3.1 Sinalização horizontal de PARE Fonte: Sinalizações de PARE, porém, nem sempre funcionam, visto que os veículos da via secundária, na maioria dos casos, sofrem grandes atrasos na espera para fazer a travessia. Para resolver essa questão desenvolveu-se a idéia de ordenação cíclica de passagem no cruzamento, que significa dar tempo de travessia a cada corrente de tráfego. A exemplo da Figura 3.2 a seguir, os movimentos 1 (eixo x) e 2 (eixo y) são conflitantes, ou seja, não acontecem simultaneamente.

20 7 Figura 3.2 Interseções simultâneas Fonte: DENATRAN, 1984 Neste caso a travessia deve ser feita com distribuição alternada de direito de passagem. De acordo com a Figura 3.3, durante o intervalo (A-B) os veículos do movimento 1 (eixo x) atravessam a via, enquanto os veículos do movimento 2 (eixo y) ficam parados, logo em seguida acontece o contrário, no intervalo de tempo (B-C) acontece a travessia dos veículos do movimento 2 enquanto o movimento 1 fica estagnado. A Figura 3.4 ilustra como o fluxo de veículos melhora após a distribuição alternada de movimentos.

21 8 Figura 3.3 Distribuição alternada de veículos Fonte: DENATRAN, 1984 Figura 3.4 Resultado da distribuição alternada de veículos Fonte: DENATRAN, 1984 Essa autorização cíclica de movimentos é feita por meio de um equipamento eletrônico instalado nos cruzamentos: o semáforo. O DENATRAN (1984) traz uma definição de semáforo:

22 9 O semáforo é um dispositivo de controle de tráfego que, através de indicações luminosas transmitidas para motoristas e pedestres, alterna o direito de passagem de veículos e/ou pedestres em interseções de duas ou mais vias. Compõe-se de focos luminosos afixados em grupos ao lado da via ou suspensos sobre ela, através de elementos de sustentação (postes). (DENATRAN, 1984, p. 14) Existem dois alvos aos quais o semáforo atende: os veículos e os pedestres. O semáforo veicular é composto por três focos de luz em formatos circulares, conforme ilustra a Figura 3.5. Figura 3.5 Exemplo de semáforo veicular Fonte: pt.wikipedia.org/wiki/semaforo Um desses focos de luz é de cor verde, outro de cor amarela e o último de cor vermelha, respectivamente. Às vezes dentro dos focos de luz vermelha e verde podem existir setas para movimentos de conversão. As cores dos focos de luz são padronizadas internacionalmente e cada uma possui um significado diferente: Verde: os condutores que visualizarem esta cor de luz podem fazer a travessia, respeitando as normas de conversão; Amarelo: esta cor de luz vem logo após a luz verde e requer atenção, pois sinaliza que o tempo de travessia está no fim. Um condutor ao ver essa cor de foco de luz deve parar o veículo antes da interseção, caso não seja possível, deve terminar o cruzamento, pois este ainda oferece segurança. O objetivo dessa cor de luz é evitar

23 10 interrupções bruscas. O tempo de amarelo é menor do que o das outras cores já que representa uma situação intermediária; Vermelho: os condutores ao receberem esta indicação luminosa devem parar antes da interseção e ali permanecerem parados até que recebam a luz verde. O semáforo para pedestres é um dispositivo composto apenas por dois focos de luz e de seção também circular. As indicações de travessia e espera, são feitas por máscaras em formato de bonecos humanos que ficam por trás das lentes. A Figura 3.6 a seguir representa este tipo de semáforo. Figura 3.6 Exemplo de semáforo para pedestres Fonte: As cores dos focos de luz dos semáforos para pedestres são verde e vermelho. Boneco verde fixo: este tipo de sinalização é para que os pedestres façam a travessia. Neste momento os veículos devem parar antes da faixa de pedestres; Boneco vermelho intermitente: este foco vermelho de luz ao piscar corresponde à cor amarela do semáforo veicular, portanto tem um tempo menor de duração do que os focos de luz verde e vermelho fixos, requer deste modo, mais atenção e cuidado no cruzamento da interseção. Um pedestre ao receber este foco de luz, se já estiver iniciado a travessia deve finalizá-la, porém se não tiver, deve parar antes da faixa de pedestres e aguardar a luz verde para só então iniciar o cruzamento; Boneco vermelho fixo: este tipo de sinalização é para que os pedestres parem antes de atravessar a via e permaneçam deste modo até que o boneco verde seja sinalizado. Neste momento os veículos estarão em movimento.

24 11 Os movimentos de veículos e pedestres podem ser divididos em conflitantes, convergentes ou ainda divergentes. As Figuras 3.7.a e 3.7.b a seguir ajudarão a entender as diferenças de movimentos. Figuras 3.7.a e 3.7.b Movimentos conflitantes Fonte: DENATRAN, 1984 Movimentos conflitantes acontecem entre dois ou mais movimentos que se cruzam numa interseção, como exemplo nas figuras de MV1 com MV3 e de MV3 com MP1. Os movimentos convergentes possuem diferentes origens, porém mesmo destino, nas figuras acima esses movimentos são representados por MV1 com MV4 e MV2 com MV3. Por fim os movimentos divergentes são contrários aos movimentos convergentes, ou seja, a origem dos veículos é a mesma, mas os destinos são distintos. Através das figuras acima os exemplos de movimentos divergentes são MV1 com MV2 e MV3 com MV4. A seqüência de indicação de cores de um semáforo é verde, amarelo, vermelho e verde novamente. O tempo dessa seqüência em segundos é denominado ciclo. Esta seqüência juntamente com os movimentos de tráfego é denominada fase. Os vários períodos de tempo

25 12 dentro da seqüência são chamados de estágio ou intervalo. O tempo entre o fim do verde de uma fase e o início de verde de outra fase que está começando é conhecido como período entreverdes (intergreen). No Brasil um período entreverdes é igual ao tempo de amarelo. Os comandos de mudanças de cores em um semáforo são efetuados através de pulsos elétricos por um equipamento chamado controlador de tráfego. A determinação dos instantes em que os pulsos são enviados pode ser realizada manualmente ou automaticamente. No controle manual de tráfego as cores verde/amarelo/vermelho são acionadas manualmente, geralmente por guardas de trânsito. Por ser feito manualmente, a duração dos intervalos segue critérios subjetivos de julgamento e por isso nem sempre são constantes. Já o controle automático de tráfego possui intervalos constantes, pois é feito por meio de programação interna. Para se saber qual tipo de controlador deve ser usado no controle de movimentos veiculares são utilizadas estratégias de operação. Existem três tipos de controle estratégico como vem a seguir: Controle arterial de cruzamentos (rede aberta): neste tipo de controle há uma preocupação com os semáforos da via principal. Existe uma continuidade de movimento entre as interseções dessa via principal, esse sistema é conhecido como onda verde ou sistema progressivo; Controle de cruzamentos em área (rede fechada): todas as interseções semaforizadas adjacentes da região são consideradas neste tipo de controle de movimentos. A rede fechada é utilizada em centros de grandes cidades onde o fluxo de veículos é grande o tempo todo e em todas as vias dos arredores; Controle isolado do cruzamento: não há preocupação de interseções semaforizadas próximas. O controle dos movimentos baseia-se apenas no volume de veículos existentes no cruzamento. Existem duas maneiras de se controlar a instalação dos semáforos independentemente do tipo de controle dos cruzamentos. Os controladores podem ser produzidos por demanda de tráfego ou por tempo fixo. Os controladores por demanda de tráfego dão tempo de verde a um cruzamento baseado no fluxo de veículos. Este tipo de controlador funciona dinamicamente pois se adapta às mudanças de corrente de tráfego. Nos controladores de tempo fixo, o funcionamento dos semáforos são menos complexos, porque o tempo de ciclo é constante, o

26 13 tempo de verde/amarelo/vermelho é o mesmo sempre, independentemente das variações do volume de veículos CRITÉRIOS PARA INSTALAÇÃO DE SEMÁFOROS Antes de fazer estudos de utilização de semáforos, é necessário observar alguns prérequisitos que devem ser viabilizados. As medidas a serem tomadas inicialmente estão descritas abaixo: Visualização total da sinalização. Não pode haver nenhuma interferência que oculte o semáforo; Sinalização horizontal coincidente com a vertical a ser implantada. Não podem existir movimentos conflitantes entre as duas informações; Mudanças físicas necessárias. A geometria da interseção deve ser alterada se preciso for; Melhoria de iluminação; Controle de velocidade de aproximação. A velocidade do veículo que se aproxima de um semáforo deve ser diminuída aos poucos para se evitar paradas bruscas. A efetivação de um semáforo ou de um conjunto de semáforos deve ser bem estudada, pois a má utilização ou a não necessidade de semaforização pode trazer transtornos a uma cidade. Se instalado em local indevido, o semáforo aumenta o número de paradas e o tempo de espera, por isso a implantação desse tipo de distribuidor de movimentos deve ser bem justificado. O DENATRAN descreve ainda que convém lembrar que os julgamentos pessoais, fundamentados no conhecimento do local, são também bastante importantes na tomada de decisões. (DENATRAN, 1984, p. 41). O primeiro critério para implantação de semáforo é justificado pela existência de um volume mínimo de veículos em todas as aproximações de interseções. O Quadro 3.1 abaixo descreve o volume médio mínimo de veículos por hora.

27 14 Quadro 3.1 Volume mínimo de veículos Fonte: DENATRAN, 1984 Esse referido volume médio deve ser medido durante as oito horas de maior volume da interseção, preferencialmente das 7 às 20 horas. Outro critério recomendado é a verificação de interrupção do tráfego contínuo da via secundária. Se existe grande dificuldade por parte da via secundária na travessia de uma interseção e se o tempo de espera dessa mesma via se torna excessivo, é justificável a implantação de semáforos, como mostrado no Quadro 3.2. Quadro 3.2 Volume mínimo de veículos para vias secundárias Fonte: DENATRAN, 1984

28 15 É aplicável a instalação de semáforos numa interseção com cinco ou mais aproximações onde o somatório do volume de veículos por hora supere 800 veículos por hora. A Figura 3.8 ilustra o fato. Figura 3.8 Interseção com cinco aproximações Fonte: DENATRAN, 1984 Se for possível transformar a interseção de cinco aproximações em uma de quatro interseções, esta deve ser feita e os critérios anteriores precisam ser reaplicados. Se houver dificuldade na travessia de pedestres na via principal um semáforo pode ser necessário. Para comprovação do fato deve existir um volume de 250 pedestres por hora em todos os sentidos da travessia e um volume de veículos em conflito com pedestres de 600 veículos por hora (nos dois sentidos) se a via é de mão dupla e o canteiro central tiver menos de um metro (ou não há canteiro central) ou de veículos por hora (nos dois sentidos) se há canteiro central de no mínimo um metro. O quinto critério de implantação de semáforos é a ocorrência de acidentes. Os acidentes, porém, devem ser corrigíveis pelo semáforo, devem fazer no mínimo cinco vítimas por ano e todas as tentativas para diminuição desses acidentes por meio de soluções mais econômicas devem ter fracassado.

29 16 Caso haja numa via sistemas coordenados de semáforos e a implantação de um novo semáforo contribuir para a adequação da velocidade de progressão, é justificável a implantação do mesmo. O sétimo critério para instalação de semáforos se explica onde há congestionamento constante e inevitável em áreas onde já se apostou na solução por outros meios, como por exemplo, na mudança da geometria do local. Se existir mais do que aproximadamente 70% da aplicabilidade de dois ou mais critérios anteriores ao caso considerado, é justificável a instalação de semáforo no cruzamento do referido caso. A distância de visibilidade é importante na metodologia do DENATRAN, onde é definida como segue: Define-se por distância de visibilidade a visão que o motorista tem, ao se aproximar de uma interseção, de modo que ele perceba qual o comprimento das vias interceptantes, exercendo, por isso, total controle do seu veículo e evitando colisões. (DENATRAN, 1984, p. 46) De modo geral, quanto à visibilidade, os critérios são alterados para 20% a menos nos casos de má visibilidade (80% dos valores mínimos) e para 20% a mais nos casos de boa visibilidade (120% dos valores mínimos) TIPOS DE CONTROLADORES A decisão sobre a implantação de um semáforo vem sempre acompanhada da decisão de qual dos controladores de tráfego existentes no mercado escolher, sendo que o melhor semáforo é aquele que atende às condições solicitadas com mais perfeição. Os principais recursos disponíveis num controlador de tráfego são o sincronismo com outros semáforos, a capacidade de programação de planos de tráfego e as estratégias de controle disponíveis Sincronismo com outros semáforos

30 17 Quando já existem semáforos em uma via, o novo semáforo a ser instalado deve oferecer a possibilidade de ser sincronizado com os demais. Ao tornar simultâneos dois ou mais semáforos é possível diminuir o número de paradas e o atraso total do segundo semáforo. Esta sincronização é feita por meio de uma operação a qual faz com que os dois semáforos fiquem no mesmo tempo de ciclo, assim quando um grande número de veículos vier do primeiro para o segundo semáforo, este último terá também indicação verde para que não se congestione a via. Se acontecer o acúmulo de veículos no trecho entre os dois semáforos (chamado de caixa) o tempo de percurso dos veículos aumenta consideravelmente e a capacidade do sistema diminui. Os benefícios da sincronização de semáforos são consideráveis apenas se a distância entre os mesmos for menor do que seiscentos metros, pois valores maiores do que isso fazem com que os veículos tendam a praticar velocidades bem diferenciadas. No Manual do DENATRAN, afirma-se que: a sincronização de semáforos próximos permite reduzir os atrasos e o número de paradas nos semáforos tipicamente de 50 a 80% (DENATRAN, 1984, p. 53) Capacidade de programação de planos de tráfego O fluxo de veículos varia durante o dia, nos horários de pico o volume veicular aumenta e a programação semafórica não pode ser a mesma durante todo o tempo. Para se evitar congestionamentos, um semáforo deve possibilitar uma flexibilidade na sua programação. Essa tolerância de adaptação dos controladores possui algumas incertezas utilizadas no controle de tráfego, são elas: o tempo de ciclo, a porcentagem dos tempos de verde de cada fase e a defasagem. O tempo de ciclo deve ser alterável para atender o volume de veículos dentro e fora dos períodos de pico. Fora do horário de maior fluxo veicular os volumes são menores e permitem menor tempo de ciclo. Se os controladores não tivessem essa possibilidade de variação deveriam ser dimensionados para pior situação, o que geraria atrasos grandes quando a demanda fosse menor do que no período de pico.

31 18 Caso só houvesse capacidade dos semáforos para um único programa de tráfego, a porcentagem de verde deveria ser a mesma em todas as interseções. Como os corredores de tráfego não mantém qualquer proporcionalidade de fluxo, hora os volumes de tráfego são maiores em um semáforo, hora são maiores em outro semáforo, conforme mostra a Figura 3.9. Figura 3.9 Diferença de volume de tráfego em duas interseções Fonte: DENATRAN, 1984 Adotar uma defasagem ótima é praticamente impossível nos casos de ruas de mão dupla ou de rede semafórica fechada, pois o que é bom para um sentido de movimento, nem sempre é bom para o outro sentido de movimento. A Figura 3.10 e a Tabela 3.1 ilustram essa situação.

32 19 Figura 3.10 Sentidos opostos de movimento Fonte: DENATRAN, 1984 Tabela 3.1 Volumes de veículos em sentido opostos de movimento Fonte: DENATRAN, 1984 Para resolução desse problema é adotada a defasagem que favorece o maior volume. No caso do exemplo da Tabela 3.1 acima citada é necessária uma programação que atenda o sentido 1 pela manhã e o sentido 2 pela tarde Estratégias de controle disponíveis São três as estratégias utilizadas para atender as variações de tráfego:

33 20 Sistemas com planos de tráfego que variam segundo a hora do dia; Sistemas com variação segundo o tráfego; Sistema centralizado por computador Sistemas com planos de tráfego que variam segundo a hora do dia Na maioria dos casos os horários de pico são os principais responsáveis pelo fluxo máximo de veículos em uma via. Por esse motivo o tráfego se comporta de maneira cíclica, ou seja, os volumes de veículos ou pedestres se repetem nas mesmas horas do dia. Nos dias de semana, de segunda a sexta-feira, os volumes são praticamente iguais, só nos finais de semana e feriados que há uma variação de fluxo. Com base nessas percepções, foram feitos equipamentos que permitem diferentes planos de tráfego durante o dia. Esses equipamentos possuem normalmente de três a nove planos disponíveis com diferentes tempos de ciclo, porcentagem de verde e defasagem. Cada plano é usado para períodos do dia onde há similaridade de fluxo. O Quadro 3.3 mostra um exemplo de variação de volumes por hora. Quadro 3.3 Exemplo de variação de volume de veículos por hora Fonte: DENATRAN, 1984

34 21 Neste exemplo podem ser utilizados três planos distintos conforme mostra a Tabela 3.2 Tabela 3.2 Exemplo de planos utilizados Fonte: DENATRAN, 1984 O primeiro plano possui os volumes descritos que variam de 800 a veículos e é aplicado nos horários citados, das 6 às 10 horas, das 12 às 14 horas e das 18 às 20 horas. Os outros planos são interpretados da mesma maneira do primeiro. Essa quantidade de três planos é a mais utilizada nos controles de tráfego por normalmente já ser suficiente. O semáforo controlado através de programas alterados de acordo com a hora do dia é considerado o método mais eficiente de técnica de controle de fluxo Sistemas com variação segundo o tráfego Se o comportamento do tráfego não for cíclico, ocorrendo variações de volume de um dia para outro, o sistema a ser utilizado será o de controle de tráfego através da detecção de veículos. Este princípio é denominado atuado e consiste num detector de veículos colocado de dez a cinqüenta metros antes do cruzamento que é acionado quando passam os veículos. Esse detector mede o tráfego e varia automaticamente a programação de acordo com as medidas obtidas. Existem dois tipos de sistemas atuados, os de semáforos isolados e os de rede de semáforos.

35 22 Para semáforos isolados não existe a preocupação de se manter o sincronismo, já que este não existe. Há dois tipos de atuação dentro dos semáforos isolados: Semáforos totalmente atuados em todas as aproximações: este é o caso de quando o volume em todas as aproximações são consideráveis. A melhor política de operação aqui aplicada é a de escoar a fila de uma aproximação dando sinal verde a ela e em seguida autorizar o fluxo da outra aproximação, e assim sucessivamente até o término da fila; Semáforos semi-atuados: esta situação acontece quando os volumes de tráfego das vias que se interceptam são diferentes, como no caso do cruzamento entre uma avenida importante e uma rua qualquer. O detector de veículos neste episódio é instalado apenas na via secundária, já que o movimento na avenida principal nunca cessa. Neste fato o semáforo sempre indica verde para via principal até serem detectados veículos na via secundária, quando só então esta recebe autorização de passagem. Um exemplo desse tipo de sistema é o semáforo de pedestres que funciona com botoeira, neste exemplo o fluxo da via principal só é parado quando algum pedestre aperta a botoeira. No caso de uma rede de semáforos o sistema é mais complexo, pois a sincronização entre semáforos deve continuar. O procedimento adotado nesse caso é fazer a contagem de veículos das interseções, escolher o fluxo mais significativo e só então escolher um dentre todos os planos de controle de fluxo disponíveis no controlador Sistema centralizado por computador Este tipo de sistema vem sendo utilizado desde 1960 e desde então está sendo cada vez mais aprimorado. Este método baseia-se em um computador ligado tanto nos detectores quanto nos controladores do tráfego. Há ainda em alguns casos um sistema de câmeras nos principais locais das áreas controladas. Este sistema facilita algumas operações como, por exemplo, a facilidade em detectar eventos anormais ou ainda de perceber defeitos em caso de problemas nos semáforos, o que agiliza o processo de conserto. Há também nesse tipo de sistema uma flexibilidade na

36 23 mudança de planos, este método pode fazer inúmeras mudanças de planos de tráfego já que há a versatilidade do computador.

37 24 4. A METODOLOGIA DENATRAN 4.1. INTRODUÇÃO O manual de semáforos do DENATRAN (1984) foi elaborado em primeira edição no ano de 1979 com o intuito de criar uma ferramenta, que fosse ao mesmo tempo teórica e prática, para ser utilizada por encarregados de programação semafórica. Para que o tráfego de veículos ocorra de maneira fluida e segura é necessária a regulagem adequada do semáforo que disciplina os movimentos dos veículos. Essa regulagem é feita através de um critério estabelecido, como por exemplo, diminuir o atraso dos veículos e desenvolver planos de tráfego que controlem da melhor maneira os veículos na interseção. A elaboração desses planos de tráfego é condicionada à estratégia de controle que será adotada no cruzamento. De forma sucinta, regular um semáforo, de acordo com o DENATRAN implica em: a) Definir o tempo de ciclo ótimo da interseção; b) Calcular os tempos de verde necessários para cada fase, dependendo do ciclo ótimo adotado; c) Calcular a defasagem entre os semáforos adjacentes se preciso for. O método adotado pelo DENATRAN (1984) dentre vários para a regulagem de semáforos foi o de Webster, apresentado originalmente no livro Traffic Signals (1966). Esse método foi escolhido pelo DENATRAN por ser completo e detalhado como evidenciado no próprio manual. Este capítulo apresenta a metodologia e os cálculos realizados para adequada regulagem de semáforos. Todo o conteúdo aqui descrito foi retirado do manual de semáforos DENATRAN (1984) CAPACIDADE E FLUXO DE SATURAÇÃO

38 25 A capacidade das aproximações deve ser avaliada para o estudo da regulagem de semáforos. O volume de veículos de uma aproximação sinalizada é determinado como sendo o número máximo de veículos capazes de atravessar a interseção durante certo tempo, ou seja, a taxa de escoamento dessa maneira seria equivalente ao fluxo de saturação. Conclui-se que a capacidade de uma via interrompida por um semáforo depende do fluxo de saturação e do tempo de verde oferecido pelo semáforo. No início do tempo de verde de determinada fase de um semáforo os veículos demoram algum tempo para começar a se movimentar, só depois começam a adquirir velocidade normal de operação. Esse tempo inicial perdido é denominado atraso inicial. Após alguns segundos de verde atinge-se um valor máximo da taxa de escoamento, esse valor é chamado de fluxo de saturação (S). Quando termina o tempo de verde e começa o tempo de amarelo, esse fluxo máximo continua por alguns segundos e logo em seguida começa a cair de acordo com o comportamento dos motoristas (alguns param na luz amarela enquanto outros atravessam) até chegar a zero. Ao começar outra fase com outro período de verde esse processo se repete. O fluxo de saturação é definido como sendo a taxa de veículos que seria alcançada caso fosse dado 100% de tempo de verde em uma aproximação. A unidade do fluxo de saturação é normalmente dada em veículos por hora de tempo de verde (veíc./htv). O tempo de verde oferecido em um semáforo não é o utilizado, pois há uma perda no início e um ganho no final. Dessa maneira é feita a seguinte representação de maneira mais realista: Período verde + amarelo período de verde efetivo (fluxo de saturação) período de tempo perdido (fluxo zero) Dessa forma o tempo de autorização de movimentos (verde + amarelo) é decomposto em dois períodos: o período de verde efetivo, onde há de fato um escoamento de veículos; e o período de tempo perdido que acontece no início do tempo de verde e no término do tempo de amarelo, onde não há travessia de veículos.

39 26 Através da aplicação das equações (4.1) e (4.2) apresentadas a seguir, pode-se calcular o tempo de verde efetivo e a capacidade. (4.1) (4.2) Onde: g = tempo de verde normal - s.; t a = tempo de amarelo - s.; g ef = tempo de verde efetivo - s.; c = tempo de ciclo - s.; l = tempo perdido - s.; S = fluxo de saturação - veíc./htv ESTIMATIVA DO FLUXO DE SATURAÇÃO E TEMPO PERDIDO Sempre que possível os valores do fluxo de saturação e tempo perdido devem ser obtidos in loco através de medidas diretas feitas através de levantamentos. Caso exista impossibilidade destes levantamentos, pode-se estimar esses valores através de estudos anteriores em várias interseções Fluxo de saturação

40 27 O fluxo de saturação depende de vários fatores como geometria da interseção, número de veículos que fazem conversão tanto à esquerda quanto à direita, declividade da via, estacionamento de veículos e presença de veículos comerciais como ônibus e caminhões. Para estimativa do fluxo de saturação são consideradas aproximações padrão, com largura de vias entre 5,5m e 18m, sem veículos estacionados, sem movimentos de conversão à esquerda e com até 10% de conversão à direita. O fluxo de saturação pode então ser estimado através da equação a seguir: S = 525.L (4.3.) Onde: S = fluxo de saturação em unidades de veículos de passageiros (veículos equivalentes) por hora de tempo verde V eq /htv; L = largura da aproximação, em metros m Tempo perdido Tempo perdido é determinado como sendo a diferença entre o período de verde efetivo e a soma dos tempos de verde e amarelo. Para uma fase do cruzamento a equação para estimativa do tempo perdido é a seguinte: (4.4) Onde: l = tempo perdido numa fase s.;

41 28 g = tempo de verde normal s.; t a = tempo de amarelo s.; g ef = tempo de verde efetivo s. Através da prática é comprovado que um tempo de amarelo de três segundos é suficiente e seguro para velocidades entre 30 e 40 km/h e distâncias de 10 a 15 metros, como ocorre na maioria das interseções urbanas. Em condições excepcionais como velocidades altas e grandes distâncias a serem vencidas o tempo de amarelo deve ser maior. Os três segundos de amarelo acrescidos de dois a três segundos de vermelho coincidentes com o vermelho das outras fases do cruzamento denominam-se vermelho geral ou vermelho total e é muito utilizado na Europa. O tempo perdido total no cruzamento durante um ciclo é equivalente à soma dos tempos perdidos para cada uma de suas fases. Se houver vermelho geral a expressão geral é dada abaixo. (4.5) Onde: Tp = tempo perdido total do cruzamento, por ciclo s.; l = período de entreverdes, definido como o tempo entre o fim do período verde de uma fase que está perdendo o direito de passagem e o início de outra que o está ganhando, o número de períodos entreverdes é igual ao número de fases da interseção s.; l i = tempo perdido da fase i s.; t a = tempo de amarelo da fase i s.

42 29 Para os casos mais comuns no Brasil, onde não há vermelho geral e o período entreverdes é o período de amarelo, o tempo total perdido é a soma dos tempos perdidos em cada fase do cruzamento. É válido lembrar que em algumas publicações o termo tempo perdido total (Tp) é equivalente ao termo tempo de amarelo equivalente (Ta eq ) PLANOS DE TRÁFEGO PARA INTERSEÇÕES ISOLADAS Conforme dito anteriormente, todas as equações e teorias disponibilizadas no manual do DENATRAN (1984) e conseqüentemente disponibilizadas também neste trabalho de conclusão de curso estão baseadas no método de Webster Taxa de ocupação e grau de saturação de uma aproximação A taxa de ocupação de uma aproximação é uma medida absoluta da solicitação de tráfego numa aproximação. A definição de taxa de ocupação (y) é dada através da relação entre a demanda de tráfego e o fluxo de saturação, conforme relacionado abaixo. (4.6) Onde: y i = taxa de ocupação da aproximação i; q i = demanda (fluxo horário) da aproximação i - V eq /h; S i = fluxo de saturação da aproximação i - V eq /htv.

43 30 O conceito de taxa de ocupação está diretamente ligado ao conceito de grau de saturação, e este novo coeficiente indica o quanto a demanda está próxima da capacidade horária de escoamento de veículos. A definição de grau de saturação é a relação entre a demanda de tráfego e a capacidade de atendimento de uma aproximação. Substituindo-se a capacidade dada pela equação (4.2) tem-se a equação (4.7) a seguir. (4.7) Onde: x i = grau de saturação da aproximação; g ef = tempo de verde efetivo s. c = tempo de ciclo - s.; O grau de saturação é uma medida relativa, pois se alterando a proporção de verde destinado à aproximação, o grau de saturação será também modificado Tempo de ciclo mínimo Numa aproximação qualquer, os veículos fluem somente durante o período de verde de determinada fase associada ao seu movimento. Para que não exista congestionamento de um ciclo para outro, é necessário que todos os veículos que chegam ao longo do ciclo sejam escoados neste mesmo ciclo durante o seu tempo de verde, de acordo com a equação (5.8). (4.8)

44 31 Para situação limite (condição de igualdade), onde apenas a demanda do ciclo consegue escoar, o tempo de verde é mínimo. (4.9) Onde: = tempo de verde efetivo mínimo de fase associada à aproximação i s; y i = taxa de ocupação da aproximação i; S i = fluxo de saturação da aproximação V eq /h; c = tempo de ciclo s. A figura 4.1 a seguir demonstra o processo de formação e extinção da fila de tráfego em função da taxa de chegada e escoamento dos veículos. Através da mesma figura é mostrado o mínimo tempo de verde efetivo para não congestionar uma aproximação. Figura 4.1 Formação e extinção da fila de veículos numa aproximação Fonte: Denatran, 1984

45 32 É comum em uma interseção existir movimentos de tráfego em duas ou mais aproximações, caso isto aconteça, o tempo de verde mínimo da fase é calculado baseado na taxa de ocupação da aproximação mais crítica, ou seja, aquela que possui o maior valor de y. Considerando que o tempo de ciclo é a soma dos tempos de verde efetivo com o tempo perdido total (equação 4.5) de cada fase tem-se: (4.10) Usando a equação 4.8 se chega a outra equação: (4.11) Onde: C mín = tempo de ciclo mínimo s; n mín i= 1 gefi = somatória dos tempos de verde mínimo de cada fase do cruzamento s; Tp = tempo perdido total s. (equação 4.5); n Y = i= 1 ycrit somatória das taxas de ocupação críticas de cada fase do cruzamento Tempo de ciclo ótimo

46 33 Segundo a equação 4.8 as taxas de chegada e saída de veículos são uniformes, ou seja, esses números são sempre constantes, não se alteram. Essa afirmação, no entanto, é uma hipótese e não funciona na prática, pois no tráfego do dia-a-dia existe uma variação de fluxos de chegada e saída de veículos. Caso aconteça do número de veículos que chegam a uma interseção ultrapassar a capacidade máxima de escoamento é originada a chamada fila excedente aleatória, na qual os veículos serão retardados, ou seja, só irão atravessar o cruzamento no próximo ciclo. O tempo de atraso causado pela fila excedente é denominado atraso aleatório. A esse problema de fila excedente existe a solução de criar um tempo de folga, no qual a fila excedente pode ser escoada ainda no mesmo ciclo. Através da Teoria das Filas é demonstrado que o atraso aleatório de uma fila excedente é inversamente proporcional à folga existente no tempo de ciclo. Quando o tempo de ciclo é aumentado é criada uma folga na interseção que pode ser usada para reduzir ou até mesmo extinguir as possíveis filas aleatórias excedentes decorrentes de não uniformidades do tráfego. Conclui-se, portanto, que para evitar congestionamentos de tráfego o tempo de ciclo deve ser maior que o tempo de ciclo mínimo. Pode-se deduzir, deste modo que quanto maior o tempo de ciclo, melhor seria a operação da interseção, essa afirmativa, no entanto, é falsa. Na prática, adota-se um tempo de ciclo máximo em torno de 120 segundos, podendo esse valor aumentar de acordo com a complexidade da interseção. Ao aumentar o tempo de ciclo, aumenta-se também o período de vermelho das interseções e o atraso uniforme será maior. Atraso uniforme de uma aproximação é o retardamento sofrido pelos veículos que chegam durante o tempo de vermelho e são obrigados a parar, esses veículos, por conseguinte formam uma fila que deverá ser escoada no tempo de verde. Atraso total de uma aproximação é o somatório entre o atraso uniforme e o atraso aleatório. Webster deduziu a equação 4.12 para o atraso médio total sofrido por um veículo. (4.12)

47 34 Onde: d = atraso médio por veículo numa aproximação - s.; c = tempo de ciclo - s.; λ = relação entre o tempo de verde efetivo e o tempo de ciclo gef/ciclo; x = grau de saturação, que é a relação entre a demanda e a capacidade da aproximação; q = demanda veíc/s. Os dois primeiros termos da equação 4.12 dizem respeito ao atraso uniforme e ao atraso aleatório, respectivamente. O terceiro termo é um fator de correção que corresponde de 5 a 10% do valor do atraso total. Com algumas aproximações chega-se à equação (4.13) Webster em seus estudos demonstrou uma aproximação ideal para o valor do tempo de ciclo ótimo segundo a equação abaixo. (4.14) Onde: = tempo de ciclo ótimo s.; Tp = tempo total perdido s.; Y = somatória da taxa de ocupação da aproximação crítica (y crít ) de cada fase do cruzamento.

48 35 A equação 4.14 é genérica, porém algumas observações sobre sua utilização serão consideradas no item Webster concluiu segundo a equação 4.12 que o atraso total causado ao tráfego seria mínimo se o tempo de verde efetivo do ciclo ótimo fosse distribuído proporcionalmente às taxas de ocupação crítica (y crít ) de cada fase. Para um cruzamento de duas fases apenas, esta relação é dada segundo a igualdade abaixo. (4.15) Onde: = tempo de verde efetivo da fase 1 s.; = tempo de verde efetivo da fase 2 s.; = taxa de ocupação crítica da fase 1; = taxa de ocupação crítica da fase 2. Esta equação 4.15 pode ser generalizada para interseções maiores com 3 ou mais fases de operação, de acordo com a igualdade (4.16) Onde:

49 36 = tempo de verde efetivo da fase i seg.; = taxa de ocupação crítica da fase i; Y = somatória das taxas de ocupação crítica das fases do cruzamento; = tempo de ciclo ótimo- seg.; Tp = tempo total perdido no ciclo seg. Conhecendo-se os tempos de verde efetivo de cada fase, são determinados os tempos reais de verde, cujos valores serão implantados no controlador de tráfego do cruzamento. A equação 4.17 demonstra esse fato. (4.17) Onde; g i = duração do período de verde (verde real) da fase i seg.; g ef i = tempo de verde efetivo da fase i seg.; l i = tempo perdido na fase i seg.; t a i = tempo de amarelo da fase i seg. Nos casos em que o tempo perdido (tempo morto) é numericamente igual ao tempo de amarelo, o verde real será igual ao efetivo Procedimento prático para dimensionamento dos tempos de um semáforo isolado

50 37 A metodologia prática para elaboração de um plano de tráfego de tempo fixo para um semáforo está descrita nos itens abaixo: Etapa 1 determinar os fluxos de saturação das aproximações com histogramas de tráfego ou com aproximações do mesmo; Etapa 2 caso o fluxo de saturação tenha sido determinado por aproximações, devem ser feitas correções; Etapa 3 realizar a contagem de veículos para determinação da demanda horária nas aproximações do cruzamento, em unidades de veículos equivalentes; Etapa 4 determinar o número de fases da interseção por meio do fluxo de tráfego; Etapa 5 através da equação 5.6 calcular as taxas de ocupação para cada aproximação e fazer a escolha da fase de maior valor que será denominada taxa de ocupação crítica da fase; Etapa 6 calcular o valor da somatória das taxas de ocupação crítica das fases do cruzamento; Etapa 7 obter o tempo perdido em cada fase através de histogramas de tráfego, ou caso esse último não seja possível, através da adoção do tempo perdido como sendo o mesmo do tempo de amarelo; Etapa 8 calcular o tempo total perdido durante um ciclo através da aplicação da equação 5.5; Etapa 9 através da fórmula de Webster (equação 4.14) determinar o tempo de ciclo ótimo para a interseção; Etapa 10 aplicando-se a equação 4.16 calcular os tempos de verde efetivo de cada fase; Etapa 11 através da equação 4.17 determinar os tempos de verde (verde real) para implantação no equipamento de controle. prático. A figura 4.2 a seguir simula um diagrama esquemático das etapas do procedimento

51 38 Figura 4.2 Diagrama esquemático Fonte: Denatran, 1984 Estão dispostas a seguir algumas relações úteis na análise do desempenho de uma interseção sinalizada. a) Proporção de veículos detidos: representa a porcentagem do total de veículos que param na aproximação pelo menos uma vez, determinada conforme a equação 4.18, a seguir. (4.18) Onde:

52 39 p = proporção de veículos detidos - %; λ = relação entre o tempo de verde efetivo da fase associada à aproximação e o tempo de ciclo g ef /C. b) Comprimento da fila média: caso exista cruzamentos próximos é adequado ter uma estimativa da extensão da fila de veículos, a qual atinge seu limite geralmente no início do período de verde. O número médio de veículos na fila é dado pelo maior valor dentre os dois valores de N da equação 4.19 abaixo. (4.19) Onde: N = fila média, em veículos; q = fluxo de veículos veíc/s.; r = tempo de vermelho efetivo (equivalente ao conceito de verde efetivo); d = atraso médio por veículo s. c) Atraso médio por veículo: é calculado por uma simplificação da fórmula de Webster (equação 4.13) da seguinte maneira: (4.20) Onde: d = atraso médio por veículo s.;

53 40 c = tempo de ciclo s.; ; ; Sendo: λ = relação entre o tempo de verde efetivo da fase associada à aproximação e o tempo de ciclo; x = grau de saturação da aproximação; Cp = porcentagem de correção dos dois primeiros termos. As tabelas 4.1, 4.2 e 4.3 contêm os valores dos parâmetros A, B e Cp respectivamente. Tabela 4.1 Tabulação de A Fonte: Denatran, 1984

54 41 Tabela 4.2 Tabulação de B Fonte: Denatran, 1984 Tabela 4.3 Tabulação de C Fonte: Denatran, 1984

55 42 d) Grau de saturação: este índice mostra o quanto a demanda está próxima da capacidade horária da aproximação, este é um ótimo indicador da qualidade do atendimento desta aproximação. (4.21) Onde: x 0 = grau de saturação sob condições ótimas; Y = somatória das taxas de ocupação crítica de cada fase do cruzamento Comentários sobre a equação do tempo de ciclo ótimo O ciclo ótimo dos cruzamentos na maioria das vezes é calculado através da equação 4.14, porém algumas observações devem ser feitas de acordo com os casos a seguir descritos. O tempo de ciclo ótimo se torna pequeno quando o volume de tráfego na interseção é baixo. Para resoluções práticas é recomendado utilizar um tempo de ciclo mínimo com valores entre 30 e 35 segundos, dependendo do volume da travessia de pedestres. A distribuição dos tempos de verde é feita com a equação 4.16, com o tempo de ciclo ótimo equivalente ao valor do tempo de ciclo mínimo admissível, porém deve-se assegurar deve-se certificar que a duração do período de verde de uma fase não seja inferior ao limite mínimo de 10 segundos quando não houver travessia de pedestres, caso contrário o valor mínimo será dado pela equação (4.22)

56 43 Onde: = tempo mínimo de verde da fase associada à travessia de pedestres s.; L = largura de travessia a ser percorrida pelo pedestre m.; Vp = velocidade admitida ao pedestre m/s.; = tempo de segurança s. Normalmente são adotados os valores de Vp = 1,2 m/s e t s = 5 seg. variando de acordo com as características do local. Em uma interseção simples de uma via principal com uma secundária normalmente durante a fase de verde para via secundária os pedestres atravessam a rua mesmo com sinal vermelho, pois o fluxo de conversão é baixo. Quando se inicia o período de verde para os pedestres, a maioria deles já fez a travessia, portanto o tempo de cruzamento para os pedestres é maior do que o necessário, acarretando verde ocioso. Ao colocar o movimento de pedestres após o movimento veicular da via principal, o tempo de verde para a travessia dos pedestres é melhor aproveitado, sem ocasionar verde ocioso. Para dimensionar semáforos com cruzamento de pedestres, o tempo de ciclo ótimo é calculado através da equação (4.23) Onde: = tempo de ciclo ótimo com travessia de pedestres s.; = tempo mínimo de verde de fase de pedestres (equação 4.22) s.;

57 44 Tp = tempo total perdido no ciclo s.; Yveíc = somatória das taxas de ocupação crítica das fases veiculares. Conforme verificações pela equação 4.14, a somatória das taxas de ocupação crítica das fases do cruzamento (Y) não pode ser igual à unidade, pois o tempo de ciclo tenderia ao infinito. Para valores de Y 0,85 o tempo de ciclo já é inviável, sendo difícil implantar um semáforo com esses valores na prática. Na prática é recomendado utilizar como valor limite máximo de tempo de ciclo 120 segundos. Com números superiores a 120 segundos adota-se C 0 = 120 segundos e os tempos de verde são distribuídos segundo a equação Para se obter atrasos aceitáveis, Webster recomenda a equação 4.24 a seguir. (4.24) Onde: Y prát = valor prático máximo de Y; Tp = tempo total perdido no ciclo s.; Cmín = tempo de ciclo mínimo s. Se o tempo de ciclo máximo for 120 segundos tem-se: (4.25)

58 45 Capacidade significa o quanto pode crescer a demanda sem que seja preciso alterar o valor do tempo de ciclo adotado. A reserva de capacidade, em porcentagem, de um cruzamento, é a relação segundo a equação 4.26 abaixo. (4.26) Tempos de ciclo na faixa de 0,75 a 1,50 do tempo de ciclo ótimo, segundo estudos de atraso em função de tempo de ciclo, produzem atrasos não superiores a valores entre 10 e 20% do atraso geral que se obteria com o ciclo ótimo. Esta informação é útil para a determinação do tempo de ciclo de interseções coordenadas, as quais devem operar com um mesmo tempo de ciclo. Este resultado ainda auxilia a escolha do tempo de ciclo de operação de um cruzamento, nos casos em que se for implantar um único programa. O procedimento sugerido por Webster é o seguinte: a. Calcular o tempo de ciclo ótimo com a equação 4.14 para cada uma das horas do dia com volumes de tráfego médios ou altos (em horários de pico) e fazer a média geral; b. Calcular o tempo de ciclo ótimo para a hora de maior volume do dia e assumir ¾ do seu valor; c. Por fim, escolher o maior dos dois valores determinados acima como tempo de ciclo único a ser implantado. É preciso notar que pequenas diferenças no tempo perdido (Tp) ou na somatória das taxas de ocupação crítica (Y), produzirão diferenças sensíveis no tempo do ciclo. Esta é o principal motivo pelo qual sempre se recomenda a medição nos locais das interseções.

59 46 5. A METODOLOGIA HCM 5.1. INTRODUÇÃO A primeira edição do HCM foi publicada em 1950 pelo U.S. Bureau of Public Roads e foi realizada com o intuito de ser um guia para projetos e análises operacionais de rodovias. O Transportation Research Board's - TRB atual editor do manual, publicou a segunda edição em 1965, porém no momento era conhecido como Highway Research Board (Departamento de Pesquisas de Rodovias). A terceira edição do manual foi publicada em 1985, pelo já nomeado TRB, e teve revisões em 1994 e Na quarta e atual revisão do manual realizada pelo TRB em 2000, alguns itens foram adicionados. No quesito interseções sinalizadas, que é o foco deste TCC, a metodologia para a estimativa do comprimento de fila é adicionada INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS A capacidade de uma via está relacionada diretamente com o ciclo do semáforo e com a geometria das aproximações. A geometria do cruzamento é uma característica física constante, assim como a capacidade de uma interseção também é e pode ser melhorada significativamente a cada modificação de geometria. A Figura 5.1. a seguir mostra os atributos fundamentais do fluxo em cruzamentos sinalizados segundo o HCM (2000).

60 47 Figura Atributos fundamentais do fluxo em cruzamentos sinalizados Fonte: HCM, 2000 O Quadro 5.1 a seguir exibe símbolos, definições e unidades para as variáveis do fluxo de tráfego que o HCM utiliza em seu método de cálculo de interseções semaforizadas.

61 48 Quadro Símbolos, definições e unidades para as variáveis do fluxo de tráfego para interseções semaforizadas Fonte: HCM, 2000 De acordo com os símbolos mostrados no quadro acima, a equação 5.1, apresentada a seguir, mostra que o tempo perdido é o somatório do tempo perdido no início do verde (I 1 ) e do tempo perdido no final do amarelo (I 2 ).

62 49 (5.1) Onde: t L = tempo perdido s.; I i = tempo perdido de verde s.; I 2 = tempo perdido de amarelo s.; Y i = tempo de amarelo s.; e = tempo de verde efetivo s. Conforme pesquisas divulgadas pelo HCM, de acordo com condições típicas (sob condições de congestionamento) o tempo perdido de verde (I 1 ) é de 2 segundos e o tempo de verde efetivo (e) é também de 2 segundos. Considerando essas condições típicas, t L = Y i. A figura 5.2 mostra a relação entre verde atual, elementos de perda de tempo, extensão de verde efetivo e de verde efetivo. Figura Relação entre verde normal (G), tempo perdido (I 1 e I 2 ) e tempo de verde efetivo (g i ) Fonte: HCM, 2000 Como mostra na figura 5.2, uma pequena porção do tempo de verde (G i ) se torna parte do vermelho efetivo (r i ). Essa parte equivale ao tempo perdido do movimento (t L ). O intervalo

63 50 de amarelo (Y i ) também entra na equação 5.2 para determinação do tempo de verde efetivo. O tempo de vermelho efetivo é determinado através da equação 5.3. (5.2) (5.3) O conceito simplificado de que todo o tempo perdido estar no início de um movimento torna mais fácil a análise de interseções mais complexas, como por exemplo, uma sinalização onde no mesmo movimento há permissões e restrições. Como regra geral, um tempo perdido (t L ) é aplicado cada vez que um movimento é iniciado em cada aproximação. Dessa forma, quando um dado movimento inicia em uma aproximação e nessa mesma aproximação há um outro movimento restrito, deve-se considerar o tempo perdido. Quando os movimentos forem alternados, ou seja, quando o primeiro movimento for restrito e o segundo for liberado, o tempo perdido não será contado novamente já que este é contado apenas uma vez por aproximação. A figura 5.3 mostra uma situação mais complexa onde há a alternância de movimentos restrição-permissão e permissão-restrição. Figura 5.3 Aplicação de composto de tempo perdido Fonte: HCM, 2000 Na fase 1a os movimentos começam, portanto dois tempos perdidos são contados. Na fase 1b, o movimento para leste continua, portanto só é computado o tempo perdido dos novos movimentos para oeste. Na fase 1c, nenhum movimento é adicionado, logo nenhum

64 51 tempo perdido é computado. Por fim, na fase 2, dois movimentos são iniciados, conseqüentemente, mais dois tempos perdidos são contados METODOLOGIA DE INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS Este capítulo contém a metodologia de análise da capacidade e nível de serviço, aqui chamada de Level of service - LOS, de interseções semaforizadas. A análise considera uma ampla variedade de condições existentes, incluindo quantidade e distribuição dos movimentos de tráfego, a composição do tráfego, as características geométricas e os detalhes da programação semafórica da interseção. A metodologia do HCM (2000) concentra-se na determinação dos níveis de serviço (LOS) para condições existentes ou projetadas. A figura 5.4 mostra os dados de entrada e o roteiro de aplicação do método HCM para análise da operação de interseções semaforizadas. Figura 5.4 Roteiro para aplicação da metodologia HCM para interseções semaforizadas Fonte: HCM, 2000

65 LOS - NÍVEIS DE SERVIÇO (LEVEL OF SERVICE) É uma medida qualitativa que expressa as condições de uma corrente de tráfego e a forma como são percebidas pelo usuário. São estabelecidos seis níveis de serviço, caracterizados para as condições operacionais de uma via de fluxo ininterrupto, conforme ilustrado na figura 5.5 apresentada a seguir. Nível de serviço A: Fluxo livre, liberdade de manobra e de seleção de velocidade (foto 1 da figura 5.5); Nível de serviço B: A presença de outros usuários já se faz notar, mas o fluxo ainda é estável; a escolha de velocidade é praticamente livre, mas a liberdade de manobra é menor que no nível de serviço A (foto 2 da figura 5.5); Nível de serviço C: A escolha da velocidade já é afetada pela presença de outros veículos e as manobras requerem perícia por parte dos motoristas (foto 3 da figura 5.5). Nível de serviço D: O fluxo é de alta densidade, mas ainda estável; a escolha da velocidade e as manobras são muito restritas (foto 4 da figura 5.5). Nível de serviço E: As condições operacionais se encontram na capacidade da via ou próximas dela; as velocidades são reduzidas, porém relativamente uniformes; estas condições operacionais são instáveis (foto 5 da figura 5.5). Nível de serviço F: O fluxo é forçado ou congestionado (foto 6 da figura 5.5)

66 53 Figura 5.5 Níveis de serviço Fonte: HCM, 2000 O atraso médio devido ao controle do tráfego por veículo é estimado a partir do nível de serviço. Os critérios para determinação dos níveis de serviço a partir do atraso de controle estão listados no quadro 5.2 a seguir.

67 54 Quadro 5.2 Critérios de LOS para interseções semaforizadas Fonte: HCM, PARÂMETROS DE ENTRADA Os dados de entrada necessários para a aplicação da metodologia se dividem em três categorias principais: geométricas, tráfego e parâmetros do dimensionamento semafórico. O quadro 5.3 apresenta um resumo das informações de entrada necessárias para se proceder a uma análise operacional de interseções semaforizadas. Quadros 5.3 Dados de entrada necessários para cada grupo de faixas analisado Fonte: HCM, 2000

68 Geometria As informações relacionadas à geometria da interseção geralmente é apresentado em forma de desenhos e deve incluir todas as informações pertinentes. Incluem-se aqui, para cada aproximação, os seguintes dados: greides, número e largura das faixas, movimentos que acontecem em cada faixa, existência ou não de estacionamento ao longo do meio-fio, existência ou não de faixas de acumulação e suas respectivas extensões, existência ou não de ilhas para canalização dos fluxos, existência ou não de pontos de parada de ônibus Tráfego Os dados do tráfego necessários são os volumes ou taxas de fluxo para cada movimento em cada aproximação. Os volumes de tráfego são analisados por um período de 15 minutos por hora, ou seja, o período típico de análise. É aconselhável ainda que se conheça a composição dos fluxos veiculares, veículos pesados são aqueles com mais de quatro pneus no pavimento, o número de ônibus também deve ser quantificado, porém ônibus que não fazem paradas para carga ou descarga de passageiros são considerados veículos pesados. Uma característica importante na análise de uma interseção semaforizada é a qualidade da progressão. O parâmetro que descreve essa característica é o tipo de chegada, AT, para cada grupo de faixa. Seis tipos de chegada são definidos no quadro 5.4.

69 56 Quadro 5.4 Tipos de chegada Fonte: HCM, 2000 O tipo de chegada deve ser determinado com a maior precisão possível, porque terá impacto significativo na estimativa do atraso e do nível de serviço. Embora não haja parâmetros definitivos para quantificar precisamente o tipo de chegada, a equação 5.4 mostra a razão de pelotão que traduz o tipo de chegada. (5.4) Onde: R p = razão de pelotão; P = proporção de todos os veículos em movimento que chegam durante a fase verde; C = comprimento do ciclo; g i = tempo efetivo de verde para o movimento ou grupo de pistas (s).

70 57 P pode ser estimado ou observado em campo, porém g i e C devem ser calculados no dimensionamento semafórico. O valor de P não deve exceder 1, Dados da programação semafórica Na análise são necessárias informações sobre o dimensionamento semafórico. Estas informações incluem diagrama de fases que ilustram o plano de fase, a duração do ciclo e o tempo de verde. O tempo mínimo de verde é estimado pela equação 5.5. para We 3,0 (5.5) para We 3,0 Onde: G p = tempo de verde mínimo s.; L = comprimento faixa de pedestres m; S p = velocidade média de pedestres m/s; We = largura efetiva da faixa de pedestres m; N ped = número de pedestres que atravessam durante um intervalo p. Supõe-se que a velocidade de caminhada de pedestres atravessando a rua é de 1,2 m/s, valor este destinado a acomodar pedestres que andam a uma velocidade abaixo da média.

71 AGRUPAMENTO DE FAIXAS Um grupo de faixas corresponde a uma ou mais faixas de uma aproximação que serve a um conjunto homogêneo de movimentos. A metodologia para interseções semaforizadas considera a desagregação, ou seja, são considerados grupos individuais de faixas de tráfego. As seguintes recomendações são sugeridas: É desejável o máximo nível de agregação, ou seja, quanto menor o número de grupos de faixas melhor; Um conjunto, ainda que unitário, de faixas exclusivas para uma determinada conversão deve se constituir num grupo de faixas separado; Movimentos cujos verdes não coincidem tanto no começo como no fim determinam grupos de faixas diferentes. Quando duas ou mais faixas estão incluídas em um grupo de faixas para fins de análise, todos os cálculos subseqüentes devem tratar essas faixas como únicas. O quadro 5.5 exibe alguns grupos de faixas comuns. Quadro 5.5 Grupos típicos de faixas Fonte: HCM, 2000

72 DETERMINAÇÃO DA TAXA DE FLUXO Os períodos de análise são geralmente de 15 minutos, porém qualquer período de tempo pode ser utilizado. No entanto, os volumes de demanda podem também ser indicados por um tempo que engloba mais de um período de análise, como um volume de hora em hora Estudo de abordagens alternativas A figura 5.6 exibe três formas alternativas em que pode ser analisado um estudo. A primeira A é a utilizada tradicionalmente do HCM, em que o período analisado é de 15 minutos e o período de análise (T) é portanto, de 15 minutos ou 0,25 hora. Na abordagem B há o estudo de uma hora inteira, utilizando um período de análise (T) de 60 minutos, como se não houvesse período crítico. Na abordagem C, há também um estudo de uma hora inteira, porém essa hora é dividida em quatro períodos de análise (T) de 15 minutos. Figura 5.6 Três estudos de abordagens alternativas Fonte: HCM, 2000

73 60 Um pico de 15 minutos de taxa de fluxo é derivado de um volume por hora, dividindo o volume de movimento em um fator de horário de pico (PHF - peak-hour factors ) adequado, que pode ser definido para o cruzamento como um todo, para cada abordagem ou para cada movimento. A taxa de fluxo é calculada através da equação 5.6 abaixo. (5.6) Onde: v p = taxa de fluxo durante o pico de 15 minutos do período veíc/h; V = volume por hora veíc/h; PHF = fator hora-pico Ajuste para conversão à direita no vermelho Quando a conversão à direita no vermelho for permitida, o volume right-turn (vire a direita RT) pode ser reduzido. O número de veículos capazes de virar à direita em uma fase vermelha é uma função de vários fatores, dentre eles: Localização da aproximação da pista (faixa da direita compartilhada ou exclusiva); Demanda dos movimentos à direita; Distância de visão com a aproximação da interseção; Grau de saturação do conflito através do movimento; Chegada ao longo do sinal; Fases de conversão à esquerda nas ruas conflitantes; Conflitos com pedestres.

74 DETERMINAÇÃO DA TAXA DE FLUXO DE SATURAÇÃO A taxa de fluxo de saturação representa o número de veículos por hora por faixa que pode passar numa determinada aproximação se o ciclo tem 100% de verde para ela e o fluxo tem demanda máxima, sem interrupção. A taxa de fluxo de saturação para cada grupo de faixa é calculado aplicando-se a equação 5.7. O quadro 5.6 apresenta as expressões matemáticas para cálculos dos fatores de ajuste. (5.7) Onde: s = taxa de fluxo de saturação para o grupo de faixas veíc/h; s o = taxa de fluxo de saturação por faixa veículos de passageiros/h/faixa; N = número de faixas do grupo de pistas; f w = fator de ajuste para a largura de faixa; f HV = fator de ajuste para veículos pesados no fluxo de tráfego; f g = fator de ajuste para greide abordado; f p = fator de ajuste para existência de estacionamento na rua; f bb = fator de ajuste para bloqueio provocado pelas paradas de ônibus para embarque/desembarque de passageiros; f a = fator de ajuste para o tipo da área onde fica a interseção; f LU = fator de ajuste para utilização da faixa; f LT = fator de ajuste para curvas a esquerda; f RT = fator de ajuste para curvas a direita;

75 62 f Lpb = fator de ajuste para movimentos de pedestres em curvas a esquerda; f Rpb = fator de ajuste para movimentos de pedestres em curvas a direita. Quadro 5.6 Fatores de ajuste para determinação da taxa de fluxo de saturação Fonte: HCM, 2000

76 Taxa de fluxo de saturação por pista - s o Em condições ideais, o fluxo de saturação s o é considerado como 1900 automóveis de passageiros por hora por faixa. Este valor, na prática, deve ser ajustado para uma variedade de condições que podem ser calculadas considerando-se o quadro Fator de ajuste para a largura de faixa (f w ) O fator de ajuste para a largura da faixa explica o impacto negativo de uma pista estreita sobre a taxa de fluxo de saturação. A largura de faixas padrão é de 3,6 metros. Para faixas com mais de 4,8 metros, o cálculo deve ser feito com cuidado, sendo indicada uma análise com duas faixas. Em ambos os casos, a análise deve refletir a maneira pela qual a largura é realmente utilizada ou passível de ser utilizada. De forma alguma o fator de largura deve ser calculado para larguras inferiores a 2,4 metros Fatores de ajuste para veículos pesados (f HV ) para o greide adotado (f g ) Os efeitos de veículos pesados e de greide são tratados por fatores distintos, f HV e f g respectivamente. O tratamento desses fatores em separado reconhece que os carros de passageiros são afetados pelo greide, assim como os veículos pesados. São denominados veículos pesados, aqueles com mais de quatro pneus a tocar o no pavimento. O fator de ajuste para veículos pesados considera o espaço adicional ocupado por esse tipo de veículo, já que o fator carro de passageiros equivalente (ET) utilizado para cada veículo pesado é de 2 unidades de carros de passageiros Fator de ajuste para existência de estacionamento (f p ) O fator de ajuste de estacionamento, f p, considera o efeito do atrito de uma faixa de estacionamento sobre o fluxo de um grupo na faixa adjacente, bem como para o bloqueio

77 64 ocasional de uma faixa adjacente por veículos em movimento dentro ou fora do espaço do estacionamento. Cada manobra realizada, seja ela dentro ou fora, bloqueia o tráfego da pista ao lado da manobra de estacionamento por uma média de 18 segundos. O número de manobras de estacionamento usado é o número de manobras por hora em áreas de estacionamento adjacentes ao grupo de pistas e dentro de 75 metros da linha de parada a montante. Se existirem mais de 180 manobras por hora, deve-se considerar o limite de 180. Em uma rua de sentido único, sem faixa de estacionamento, o número de manobras adotado é o total para ambos os lados do grupo de faixas Fator de ajuste para bloqueio provocado pelas paradas de ônibus (f bb ) O fator de ajuste de bloqueio, f bb, considera os impactos que os ônibus causam no trânsito local quando fazem embarque ou desembarque de passageiros nos pontos de parada, dentro de 75 metros a montante ou a jusante da linha de parada. Este fator só é usado quando o ônibus bloqueia o fluxo do tráfego. Se existem mais de 250 ônibus por hora, o limite prático de 250 deve ser considerado. O tempo médio de bloqueio causado por ônibus é de 14,4 segundos Fator de ajuste para o tipo da área (f a ) O fator de ajuste para o tipo de área explica a relativa ineficácia das interseções em bairros de negócios em comparação com aquelas em outros locais. A aplicação deste fator de ajuste é apropriada em áreas com características de zona central de negócios (central business district - CBD). Estas características incluem ruas estreitas, manobras de estacionamento freqüentes, bloqueio de veículos, atividades de táxi e ônibus, uso limitado da pista por vez, elevada circulação de pedestres e densa população. Este fator não se limita a áreas designadas como CBD, nem considerado em toda área CBD. O fator de ajuste f a deve ser usado em áreas onde o projeto geométrico e os fluxos de tráfego e/ou de pedestres, ou ambos, aumentaram a ponto de comprometer a capacidade da interseção.

78 Fator de ajuste para utilização da pista (f LU ) O fator de ajuste para utilização da pista f LU, considera a distribuição desigual do tráfego entre faixas de um grupo pista com mais de uma faixa. O fator de ajuste é baseado na faixa com maior fluxo e considera vias com diversos números de faixas. Um fator de utilização de pista de 1,0 pode ser usado quando a distribuição uniforme de tráfego é assumida em todas as faixas na pista ou quando um grupo de faixas compreende uma única pista Fator de ajuste para curvas à direita (f RT ) e à esquerda (f LT ) Os fatores de ajuste para curvas destinam-se a considerar o efeito da geometria. O fator de ajuste para curvas depende de alguns aspectos, incluindo: Se a curva é a partir de uma faixa exclusiva ou partilhada, e Proporção de curvas nas faixas compartilhadas. Um fator de ajuste para curvas de 1,0 expressa que o grupo de faixas não tem nenhuma curva à direita ou à esquerda Fator de ajuste para movimentos de pedestres e bicicletas com curvas à direita (f Rpb ) e à esquerda (f Lpb ) O procedimento para determinação de f Rpb e f Lpb consiste primeiramente em determinar a ocupação média de pedestres. Após essa avaliação, determina-se a zona de ocupação para pedestres e bicicletas. A ocupação da zona de conflito leva em consideração os diversos conflitos de tráfego DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE E DA RELAÇÃO V/C

79 Capacidade A capacidade em interseções semaforizadas é fundamentada no conceito de fluxo de saturação e definido como taxa de fluxo de saturação. A relação de fluxo para um dado grupo de faixas é definida como a razão da taxa de fluxo real ou demanda projetada para o grupo de faixas (v i ) e a taxa de fluxo de saturação (s i ). Para a relação de fluxo é usado o símbolo (v/s) i para um grupo de faixas i. A capacidade de um grupo de faixas qualquer é calculada conforme a equação 5.8. (5.8) Onde: c i = capacidade do grupo de faixas i veíc/h; s i = taxa de fluxo de saturação para grupo de faixas i veíc/h; g i / C = relação de verde efetivo para um grupo de faixas i Relação v/c À relação da taxa de fluxo com capacidade (v/c), muitas vezes chamado de relação de volume da capacidade é dado o símbolo X para a análise do cruzamento, o qual é denominado grau de saturação. Para um dado grupo de faixas i, X i é calculado aplicando-se a equação 5.9. (5.9)

80 67 Onde: X i = (v/c) i = razão volume/capacidade para um grupo de faixas i; v i = taxa de fluxo real ou demanda projetada por grupo de faixas i veíc/h; s i = taxa de fluxo de saturação para grupo de faixas i veíc/h; g i = tempo de verde efetivo para um grupo de faixas i s; C = comprimento do ciclo s. Valores de X i acima de 1,0 indicam um excesso de demanda acima da capacidade Grupo de faixas crítico Outro conceito utilizado para a análise de interseções sinalizadas é a relação v/c crítica X c. Esta é a razão v/c para a interseção como um todo, considerando-se apenas os grupos de faixas com maior índice de fluxo (v/c) para uma fase do semáforo. Por exemplo, com duas fases de sinal, grupos opostos de pistas se movem durante o mesmo tempo de verde. Geralmente, um desses dois grupos vai exigir mais tempo de verde do que o outro, este será, portanto o grupo de pistas crítico. A equação 5.10 possibilita o cálculo da relação v/c crítico. (5.10) Onde: X c = relação v/c crítico para um cruzamento; = somatório dos índices de fluxo para todos os grupos de faixa crítica i;

81 68 C = comprimento do ciclo s; L = tempo total perdido por ciclo, computado como tempo perdido t L, por caminho crítico de movimentos s. A figura 5.7 mostra um exemplo de determinação do grupo de faixas crítico. Figura 5.7 Determinação do grupo de faixas crítico Fonte: HCM, 2000 As regras para determinação do grupo de faixas crítico são facilmente exemplificadas na figura 5.7. A fase 1 é discreta com os grupos de pista NB e SB com movimentos simultâneos. O grupo de pistas crítico para a fase 1 é escolhido com base na maior relação v/s, que é 0,30 para o grupo de faixas NB. A fase 2 envolve sobreposição de avanços e atrasos de fases de verde. Há dois caminhos possíveis através da fase 2, que estejam em conformidade com a regra de que deve haver

82 69 apenas um grupo de faixa crítica que se deslocam a qualquer momento. A EB através de conversão à direita (T/R) move o grupo de faixas através das fases 2A e 2B com taxa de v/s de 0,30. O grupo de faixas WB com conversão à esquerda se move apenas na fase 2C com taxa de v/s de 0,15. O total da relação v/s para este caminho, é portanto de 0,30 + 0,15 = 0,45. O outro caminho alternativo a esse caminho seria o grupo de faixas WB com conversão à esquerda se move apenas na fase 2C com taxa de v/s de 0,15. O único caminho que envolve o grupo EB com conversão à esquerda é na fase 2A (com v/s = 0,25) e o grupo WB (T/R) que se move nas fases 2B e 2C (v/s = 0,25). Como o somatório desse último caminho é de 0,25 + 0,25 = 0,50, este é caminho crítico através da fase 2, já que 0,50 é maior do que 0,45. Assim, a soma das relações críticas para este ciclo é de 0,30 para a fase 1, mais 0,50 para a fase 2, resultando num total de 0, DETERMINAÇÃO DO ATRASO Os valores dos cálculos de atraso representam o atraso de controle médio experimentado por todos os veículos que chegam no período de análise, incluindo atrasos além do período de análise quando o grupo de faixas está saturado. O atraso de controle inclui movimentos em velocidades mais lentas e paradas nas aproximações da interseção. O atraso de controle médio por veículo para um grupo de faixas dado é calculado através da equação (5.11) Onde: d = atraso de controle por veículo s/veíc; d 1 = atraso de controle uniforme s/veíc; PF = fator de ajuste de progressão para atraso uniforme; d 2 = atraso adicional s/veíc; d 3 = atraso de fila inicial s/veíc.

83 Fator de ajuste de progressão O fator de ajustamento PF considera o impacto do tipo de controle e da progressão sobre o atraso. Estes dois efeitos são mutuamente exclusivos, não podendo ser usados em conjunto. Semáforo com progressão ruim resulta em uma alta proporção de veículos que chegam no sinal verde. A progressão afeta principalmente o atraso uniforme, por esta razão, o reajuste é aplicado apenas para d 1 conforme mostra a equação (5.12) Onde: PF = fator de ajuste de progressão; P = proporção de veículos que chegam no verde; g / C = proporção de tempo de verde disponível; f PA = fator de ajuste suplementar para chegada de pelotão durante o verde. O valor de P pode ser medido em campo ou estimado a partir do tipo de chegada. Se são realizadas medições de campo, P é determinado como a proporção de veículos no ciclo que chegam na linha de parar ou entrar na fila (parada ou em movimento), enquanto a fase verde é exibida. O tipo de chegada mostrado no quadro 5.4 juntamente com a razão de pelotão R p (equação 5.4) estão relacionadas no quadro 5.7. No quadro 5.8 estão os valores sugeridos para o uso em cálculos subseqüentes.

84 71 Quadro 5.7 Relação entre tipos de chegada e razão de pelotão R p Fonte: HCM, 2000 Quadro 5.8 Fator de ajuste de progressão para cálculo de atraso uniforme Fonte: HCM, 2000 O fator de ajuste - PF pode ser calculado a partir de valores medidos de P usando valores determinados para f PA. Alternativamente, o quadro 5.8 pode ser usado para determinar PF como uma função do tipo de chegada com base nos valores padrão para P e f PA associadas a cada tipo de chegada. Se PF é calculado através da equação 5.12, o seu valor pode ser superior a 1,0 para chegada tipo 4, com valores extremamente baixos de g/c. Para uma questão prática, PF deve ser atribuído de um valor máximo de 1,0 para chegada tipo Atraso uniforme

85 72 A equação 5.13 dá uma estimativa de atraso assumindo chegada uniforme, fluxo estável e nenhuma fila inicial. Nota-se que valores de X acima de 1,0 não são usados no cálculo de d 1. (5.13) Onde: d 1 = atraso de controle uniforme s/veíc; C = comprimento do ciclo s; g = tempo de verde efetivo para grupo de faixas s; X = relação v/c ou grau de saturação para grupo de faixas Atraso adicional A equação 5.14 é usada para estimar o atraso adicional devido a chegadas não uniformes e atrasos aleatórios, bem como atraso causado por períodos prolongados de supersaturação. (5.14) Onde: d 2 = atraso adicional s/veíc; T = duração do período de análise h;

86 73 k = fator de atraso adicional que é dependente de configurações do controlador; l = fator de ajuste antes da medição/filtragem; c = capacidade do grupo de faixas veíc/h; X = relação v/c ou grau de saturação para grupo de faixas Fator de Calibração de atraso adicional O termo de calibração k é incluído na equação 5.14 para incorporar o efeito do atraso para o tipo de controlador. Para semáforos programados, um valor de k = 0,50 deve ser adotado, se baseando no processo de fila com chegada aleatória e tempo de serviço uniforme equivalente à capacidade do grupo de faixas. Controladores acionados, por outro lado, têm a capacidade de adaptar o tempo de verde à demanda de tráfego, reduzindo o atraso adicional. No entanto, quando valores de v/c se aproximam de 1,0, um controlador por acionamento tende a se comportar de forma semelhante a um controlador programado, de modo que o parâmetro k será convergido para o valor de 0,50. Valores recomendados para k estão no quadro 5.9. Quadro 5.9 Valores de k para explicar o tipo de controlador Fonte: HCM, 2000

87 74 Os valores de unidade de extensão não listados no quadro 5.9 devem ser interpolados. Observa-se que de maneira alguma é usado valor de k superior a 0, Fator de ajuste antes da medição/filtragem O fator de ajuste l incorpora os efeitos da medição para antes da chegada de semáforos. Para a análise de um semáforo isolado, é usado um valor de l = 1,0. Este valor é baseado em um número aleatório de veículos que chegam por ciclo para que a variação nas chegadas seja igual à média. Para análise de um cruzamento não isolado, o quadro 5.10 exibe valores de l baseados em Xu, que é a relação v/c ponderada de todos os movimentos a montante que contribuem para o volume da interseção. Para a análise da performance de vias urbanas é suficiente aproximar Xu da razão v/c. Quadro 5.10 Valores recomendados de l Fonte: HCM, Atraso de fila inicial Quando existir fila residual de um período do ciclo anterior, ocorre atraso adicional vivido por veículos que chegam no início da fila. A equação generalizada de d 3 aparece abaixo. (5.15) Onde: Q b = fila inicial no começo do período T veíc.eq;

88 75 c = capacidade do grupo de faixas veíc/h; T = duração do período de análise h; t = duração da demanda não atendida em T h; u = parâmetro de atraso. Os parâmetros t e u são determinados de acordo com as equações 5.16 e 5.17 a seguir. t = 0 se Q b = 0, caso contrário (5.16) Onde X = relação v/c ou grau de saturação para grupo de pistas. u = 0 se t < T, caso contrário (5.17) O tempo em que o último veículo chega na interseção durante a análise do período devido à presença de uma fila inicial de comprimento Q b é chamado de tempo de compensação Tc. A equação geral para Tc é mostrada abaixo (5.18) Para resumir o procedimento para a estimativa de atraso de fila inicial, segue o quadro Quadro 5.11 Seleção de variáveis de atraso através de todos os casos Fonte: HCM,2000 Para os casos III, IV e V, a equação de d 1 está descrita abaixo.

89 76 (5.19) Onde: d s = atraso saturado (d 1 avaliado para X = 1,0); d u = atraso insaturado (d 1 avaliado para valor atural de X).

90 77 6. ESTUDO DE CASO Neste capítulo são apresentadas as aplicações de equações citadas nos capítulos 4 e 5. São calculadas apenas as equações que levam ao objetivo específico deste trabalho que é a comparação entre o método DENATRAN e o método HCM no que diz respeito à saturação da interseção, analisando fluxo de saturação, capacidade da interseção, taxa de saturação, atraso médio e nível de serviço. As demais equações não citadas nesse capítulo, porém citadas no decorrer dos capítulos 4 e 5 têm a finalidade de regular os semáforos. A contagem de veículos foi feita aos dois dias do mês de setembro do ano de 2011, uma sexta-feira útil com tempo bom, nos períodos das 7 horas às 9 horas, das 11 horas às 14 horas e das 17 horas às 19 horas, considerando intervalos de 15 minutos. O estudo de caso foi realizado na cidade de Goiânia GO, no setor Bueno, nos cruzamentos da Avenida T-2 com a Avenida T-6, figura 6.1, e no cruzamento da Avenida T-6 com a Avenida T-3, figura 6.2. As interseções foram escolhidas por amostragem. Os resultados da contagem de veículos seguem no anexo A. Figura 6.1 Foto do cruzamento da Avenida T-6 com a Avenida T-2 Fonte: autor

91 78 Figura Foto do cruzamento da Avenida T-6 com a Avenida T-3 Fonte: autor Para exemplificação dos cálculos, é descrito neste capítulo a aplicação das equações referentes ao método DENATRAN e ao método HCM para o cruzamento da Avenida T-2 com a Avenida T-6 no sentido Avenida T-2 norte sul. As demais interseções são avaliadas da mesma maneira que a interseção aqui exemplificada MÉTODO DENATRAN Todo conteúdo descrito nesse subitem, assim como no capítulo do DENATRAN, foi retirado do manual de semáforos do DENATRAN. O ponto de partida para a avaliação do método DENATRAN é a estimativa do fluxo de saturação. Esse elemento é calculado através da equação 4.3, onde aparece a variável L que representa a largura da aproximação em metros, esse valor foi encontrado no Google Earth com a ferramenta régua. As imagens 6.3 e 6.4 mostram as interseções deste estudo de caso de acordo com o Google Earth.

92 79 Figura 6.3 Vista superior do cruzamento da Avenida T-2 com a Avenida T-6 Fonte: Google Earth Figura 6.4 Vista superior do cruzamento da Avenida T-6 com a Avenida T-3 Fonte: Google Earth

93 80 Após o resultado do fluxo de saturação em veículos por hora de tempo verde é necessária a aplicação do fator de correção que corresponde a um fator de equivalência, determinado em função da relação do espaço ocupado entre um veículo qualquer e o veículopadrão. O quadro 6.1 fornece os fatores de equivalência para diversos tipos de veículos. Quadro 6.1 Fator de equivalência para diversos tipos de veículos Fonte: Denatran, 1984 O valor do fator de equivalência é multiplicado pelo fluxo de saturação e a partir de então o resultado é obtido em veículos equivalentes. Para estimar o tempo perdido é usada a etapa 7 do item 4.4.4, a qual diz que deve ser adotado o tempo perdido como igual ao tempo de amarelo. O tempo de verde efetivo (g ef ) é calculado através da equação 4.2. Com o valor de g ef pode ser encontrada a capacidade de escoamento da aproximação por meio da equação 4.1, onde c é o tempo de ciclo em segundos, o qual é obtido com o somatório dos tempos de amarelo, vermelho e verde, contados em campo. A taxa de ocupação é calculada através da equação 4.6, onde q i é a demanda da aproximação por hora. Esse valor é calculado baseado no fator hora pico (FHP), o qual considera a hora com maior volume (Vhp) de veículos e dentro dessa hora o período com maior volume de veículos (Vpp), este cálculo é descrito na equação 6.1.

94 81 Equação (6.1) O valor da demanda é multiplicado também pelo fator equivalente para a transformação do resultado em veículos equivalentes. A variável S da equação 4.6 é a taxa de saturação calculada anteriormente. O grau de saturação representa o quanto a demanda está próxima da capacidade horária de escoamento de veículos e é obtida com a equação 4.7. Todas as variáveis dessa equação já foram calculadas. No exemplo do cruzamento da interseção da Avenida T-2 com a Avenida T-6 no sentido Avenida T-2 norte - sul é obtido um grau de saturação de 0,87, o que representa que a demanda está dentro da capacidade de escoamento da aproximação, pois o valor é abaixo de 1,0. Já no mesmo cruzamento da Avenida T-2 com a Avenida T-6, mas no sentido Avenida T-6 leste oeste o valor do grau de saturação fica acima de 1,0, o que indica demanda em excesso superior à capacidade de escoamento da aproximação, portanto ocorre formação de fila e congestionamento, porque os veículos que chegam não são totalmente atendidos. O atraso médio de veículos por segundo é calculado através da equação 4.13 e todas as variáveis da equação já foram calculadas. Este valor representa o retardamento sofrido pelos veículos que chegam durante o tempo de vermelho e são obrigados a parar, formando uma fila que é escoada ao se iniciar o próximo período de verde. Os quadros 6.1 e 6.2 a seguir mostram os resultados para cada estudo de caso das aplicações das equações do método DENATRAN, conforme explicado anteriormente.

95 82 Quadro 6.2 Resultados do cruzamento T-2 x T-6 método DENATRAN *Segundo HCM: A metodologia do DENATRAN não apresenta definições de nível de serviço, portanto para nível de comparação dos dois métodos, foi utilizado o método HCM para a definição do nível de serviço no método DENATRAN Fonte: Autor Quadro 6.3 Resultados do cruzamento T-6 x T-3 método DENATRAN *Segundo HCM: A metodologia do DENATRAN não apresenta definições de nível de serviço, portanto para nível de comparação dos dois métodos, foi utilizado o método HCM para a definição do nível de serviço no método DENATRAN Fonte: autor

96 MÉTODO HCM Todo conteúdo descrito nesse subitem, assim como no capítulo do HCM, foi retirado do Highway Capacity Manual. O método HCM, assim como o método do DENATRAN, considera tempo perdido como igual ao tempo de amarelo, o que pode ser verificado nas explicações da equação 5.1. Tempo de verde efetivo e tempo de vermelho efetivo são calculados conforme as equações 5.2 e 5.3 respectivamente. A razão de pelotão (R p ) que traduz o tipo de chegada dos veículos é calculada através da equação 5.4, onde c tem o mesmo significado do método anterior, de comprimento do ciclo, calculado da mesma forma do DENATRAN. A variável P é a proporção de todos os veículos em movimento que chegam durante a fase de verde. Essa proporção pode ser encontrada conforme cálculos abaixo, considerando a demanda diária em segundos e o comprimento do ciclo. Veículos diários que chegam durante a fase de verde por ciclo = 0,33veíc.35s = 11,55veíc Veículos diários que chegam durante um ciclo de 108 segundos = 0,33 veíc.108s = 35,64 veíc Proporção de veículos em movimento que chegam durante a fase de verde = 11,55/35,64 = 0,32. Com essa relação calculada a razão de pelotão pode facilmente ser calculada. A taxa de fluxo é calculada conforme a equação 6.6, onde PHF é encontrado de acordo com a equação 6.1 e a demanda diária por hora é avaliada sem a consideração do fator de equivalência, já que o método HCM não utiliza essa metodologia. A taxa de saturação calculada através do método HCM é bem mais complexa do que do método anterior, conforme a equação 5.7. O número de faixas do grupo de pistas N é dado coletado em campo. A taxa de fluxo de saturação por pista s o é considerada como 1900 automóveis de passageiros por hora por faixa, de acordo com HCM. Este valor é ajustado por uma variedade de fatores, que podem ser calculados através do quadro 5.6.

97 84 Fator de ajuste para a largura de faixa (f w ) a largura da pista é medida através do Google Earth, como nesse método é considerada a largura por faixa e não por pista como no DENATRAN, e já que são duas faixas por pista, é utilizada a metade do valor medido no Google Earth no método passado, no caso de duas faixas por pista; Fatores de ajuste para veículos pesados (f HV ) a porcentagem de veículos pesados é equivalente à porcentagem de caminhões e de ônibus do total; Fator de ajuste para greide abordado (f g ) o greide das pistas foi medido através do Google Earth que informou serem esses valores imperceptíveis, portanto esse fator para os dois cruzamentos é considerado 1,0. O greide da Avenida T-6 na interseção desta com a Avenida T-3 é o único não nulo, embora pequeno. Esta inclinação foi um dado retirado do Google Earth; Fator de ajuste para existência de estacionamento na rua (f p ) a quantidade de manobras de estacionamento feitas nos dois cruzamentos da Avenida T-2 com a Avenida T-6 e da Avenida T-6 com a Avenida T-3 são também insignificantes, o que resulta f p = 1,0; Fator de ajuste para bloqueio provocado pelas paradas de ônibus (f bb ) no cruzamento da Avenida T-2 com a Avenida T-6 existe um ponto de parada no sentido T-2 sulnorte a montante da linha de parada, porém este ponto de parada fica a mais de 75 metros de distância do encontro das duas avenidas, este ponto de ônibus não é portanto considerado como bloqueio da interseção. Já no cruzamento da Avenida T-3 com a Avenida T-6 há um ponto de parada na Avenida T-3 sentido sul-norte, também a montante do cruzamento que deve ser considerado porque está em um raio menor do que 75 metros da interseção. Este ponto de parada, de acordo com dados da RMTC de Goiânia, possui numeração 2808 e a única linha disponível é a 015, pela qual passam ônibus de 10 em 10 minutos aproximadamente. Fator de ajuste para o tipo da área (f a ) as áreas dos cruzamentos deste estudo de caso não possuem características de zona central de negócios (Central Business District - CBD), portanto o valor desse fator é 1,0; Fator de ajuste para utilização da faixa (f LU ) em ambas as interseções, existe distribuição uniforme de tráfego em todas as faixas na pista, desse modo esse fator vale 1,0; Fator de ajuste para curvas à direita (f RT ) e à esquerda (f LT ) a quantidade de conversões realizadas para a direita ou para a esquerda estão no anexo A;

98 85 Fator de ajuste para movimentos de pedestres e bicicletas com curvas à direita (f Rpb ) e à esquerda (f Lpb ) a quantidade de pedestres e bicicletas que bloqueiam ou atrapalham de alguma forma as interseções são insignificantes, logo esses fatores valem 1,0. Após todos os fatores determinados, a taxa de saturação pode então ser calculada. A capacidade do grupo de pistas do método HCM é calculada conforme a equação 5.8, sem incógnitas desconhecidas. O grau de saturação, neste método também chamado de relação (v/c) calculado pelo HCM está descrito na equação 5.9, onde todas as variáveis já foram calculadas. A importância do valor desse item para este método é grande tanto quanto para o método do DENATRAN, onde valores acima de 1,0 também indicam demanda acima da capacidade. O atraso calculado pelo método HCM engloba três tipos de atrasos distintos, conforme mostra a equação 5.11: atraso uniforme, atraso adicional e atraso de fila inicial. O atraso uniforme é encontrado a partir da equação O atraso adicional precisa de valores até então desconhecidos como o fator k, fator l e duração do período de análise T. Este último item é sempre 0,25 horas, pois o período utilizado em todo o processo de contagem é de 15 minutos, equivalente a 0,25 horas. O fator de atraso adicional (k) é dependente de configurações do controlador e como em todos os cruzamentos aqui considerados, são utilizados semáforos programados, um valor de k = 0,50 é adotado. O fator de ajuste antes da medição/filtragem (l) incorpora os efeitos da medição para antes da chegada de semáforos e tanto no cruzamento da Avenida T-2 com a Avenida T-6 quanto no cruzamento da Avenida T-6 com a Avenida T-3 os semáforos das interseções são isolados, sendo usado, portanto, um valor de l = 1,0. Com esses valores o atraso adicional pode ser calculado através da equação O último tipo de atraso, o atraso de fila adicional é baseado na existência de fila residual de um período do ciclo anterior, como em nenhuma aproximação considerada nesse estudo de caso há a existência de fila inicial no começo do período, o atraso de fila adicional é zero. Para conseguir calcular o atraso total falta apenas o fator de ajuste de progressão (PF) que considera o impacto do tipo de controle e da progressão sobre o atraso. A única variável desconhecida na equação 5.12 é o f PA que é o fator de ajuste suplementar para chegada de pelotão durante o verde que depende do tipo de chegada da interseção, este valor pode ser encontrado no quadro 5.7 utilizando o valor da razão de pelotão calculada anteriormente. Com o tipo de chegada da interseção descoberto, o quadro 5.8 oferece o valor de f PA. Para finalizar

99 86 o cálculo de PF, a incógnita P é a mesma proporção de veículos que chegam no tempo de verde calculada anteriormente. A determinação do nível de serviço é feita de acordo com o valor de atraso médio d, conforme o quadro 5.2. Para que haja comparação entre o método HCM e o método DENATRAN, quanto ao nível de serviço, foi usado o mesmo quadro 5.2 nos dois métodos, já que não foi encontrado nenhum procedimento semelhante para determinação do nível de serviço no método DENATRAN. Os quadros 6.3 e 6.4 a seguir mostram os resultados para cada estudo de caso das aplicações das equações do método HCM, conforme explicado no decorrer deste item. Quadro 6.4 Resultados do cruzamento T-2 x T-6 método HCM Fonte: Autor

100 87 Quadro 6.5 Resultados do cruzamento T-6 x T-3 método HCM Fonte: Autor

101 88 7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES A necessidade de criar metodologias para interseções semaforizadas foi crescendo juntamente com a produção de veículos em série no início do Século XIX, tendo em vista a necessidade de organização dos veículos tentando ocupar o mesmo lugar no espaço O método HCM é mais subjetivo em suas análises do que o método DENATRAN, prova disso é a complexidade das equações da metodologia estadunidense quando comparada à metodologia brasileira. A edição do método HCM é mais atual (2000) do que a do método DENATRAN (1984), devido a este fato, o método estadunidense é melhor aplicável do que o outro método. A metodologia HCM por ser mais atual, incorpora resultados de pesquisas mais recentes e estudos de tráfego mais atuais, o que deixa seu texto melhor aplicável. As imagens do manual do DENATRAN, por serem mais antigas, são de difícil visualização, ocorrência esta que dificultou o entendimento do texto. Por outro lado, o método HCM não tem tradução para o português, fato este que majorou a dificuldade de análise e de interpretação desse método. Não foi encontrada nenhuma divulgação de atualização do método DENATRAN, portanto a metodologia do HCM ainda pode colaborar com a modernização do método brasileiro, desde que a metodologia do HCM seja interpretada conforme aplicabilidade brasileira. Após a aplicação das metodologias do DENATRAN e do HCM nos cruzamentos selecionados para amostragem, chega-se a uma similaridade de resultados obtidos pelos dois métodos, até porque ambas as metodologias são baseadas no método de Webster.

102 89 8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA AKISHINO, Paulo. Introdução à engenharia de tráfego Universidade Federal do Paraná, Paraná, Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 14724: Informação e documentação - Trabalhos acadêmicos Apresentação. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 10520: Informação e documentação - Citações em documentos Apresentação. Rio de Janeiro, CAMPOS, Vânia B. G. Metodologia para cálculo da capacidade de rodovias de duas faixas e rodovias de múltiplas faixas. Disponível em: < Acesso em: 23 mai Diário Itabera. Itapeva, SP, Disponível em: < Acesso em: 23 mai DEMARCHI, Sérgio H. Análise de capacidade e nível de serviço de rodovias de pista simples Universidade Estadual de Maringá, Paraná. Disponível em: < Acesso em: 23 mai GOLDNER, Lenise G. Análise de capacidade de vias com base no HCM 2000 Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina. Disponível em: < Acesso em: 23 mai HIGHWAY CAPACITY MANUAL, 5. Ed., TRB, Jornal de Campinas. Campinas, SP, Disponível em: < Acesso em: 31 set

103 90 LUNA, M. S. Sobre o fluxo de saturação: conceituação, aplicação, determinação e variação f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza. DENATRAN. Manual de Semáforos, 2.ed., Brasília, DENATRAN, PEREIRA, Djalma M. et. al. Introdução aos sistemas de transportes e à engenharia de tráfego. Universidade Federal do Paraná, Paraná, Rede metropolitana de transporte coletivo. Goiânia, GO, Disponível em: < Acesso em: 31 set SETTI, José R. A. Tecnologia de transportes. Universidade de São Paulo, São Carlos, SILVA, Paulo C. M. Análise de capacidade de interseções em nível. Universidade de Brasília, DF, SILVA, Paulo C. M. Elementos dos sistemas de tráfego. Universidade de Brasília, DF, SILVA, Paulo C. M. Teoria do fluxo de tráfego. Universidade de Brasília, DF, WIKIPEDIA Disponível em: < Acesso em: 31 set

104 ANEXOS 91

105 92 ANEXO A RESULTADOS DAS CONTAGENS DE VEÍCULOS Quadro A.1 Resultados contagens Av. T-2 x av. T-6 - Av. T-2 norte/sul Fonte: autor

106 93 Quadro A.2 Resultados contagens Av. T-2 x av. T-6 - Av. T-2 sul/norte Fonte: autor

107 94 Quadro A.3 Resultados contagens Av. T-2 x av. T-6 - Av. T-6 leste/oeste Fonte: autor

108 95 Quadro A.4 Resultados contagens Av. T-2 x av. T-6 - Av. T-6 oeste/leste Fonte: autor

109 96 Quadro A.5 Resultados contagens Av. T-6 x av. T-3 - Av. T-6 oeste/leste Fonte: autor

110 97 Quadro A.6 Resultados contagens Av. T-6 x av. T-3 - Av. T-6 leste/oeste Fonte: autor

111 98 Quadro A.7 Resultados contagens Av. T-6 x av. T-3 - Av. T-3 norte/sul Fonte: autor

112 99 Quadro A.8 Resultados contagens Av. T-6 x av. T-3 - Av. T-3 sul/norte Fonte: autor