RAMPAS DE ACESSO AUTO-ESTRADAS. Análise da Capacidade e Nível de Serviço com base na metodologia proposta pelo HCM 2000

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1 RAMPAS DE ACESSO AUTO-ESTRADAS Análise da Capacidade e Nível de Serviço com base na metodologia proposta pelo HCM

2 Análise da capacidade e Nível de Serviço - HCM 2000 Podem distinguir-se três tipos de troços numa auto-estrada: Troços de Secção Corrente não afectados pelos movimentos de convergência ou divergência Rampas de Acesso pontos em que as rampas de saída/entrada entroncam na AE Zonas de Entrecruzamento secções em que dois ou mais fluxos (no mesmo sentido) se têm de cruzar, quando um ponto de convergência é logo seguido por outro de divergência 2

3 Principais Conceitos: Figura 3.12 Rampas de Acesso a uma AE As RAMPAS DE ACESSO podem ser divididas em três componentes distintas: 1.Intersecções da rampa com a AE: geralmente são desenhadas de modo a permitir a convergência ou divergência, a velocidades elevadas, da corrente de tráfego que circula na auto-estrada; 2.Secção central da rampa; e 3.Intersecções da rampa com a outra infra-estrutura, a qual poderá também ser uma auto estrada, havendo nesse caso duas intersecções da rampa com AE. 3

4 Principais Conceitos: Figura 3.12 Rampas de Acesso a uma AE A secção central da rampa difere de uma secção de AE porque: Tem um comprimento e largura limitados (geralmente de uma só pista); A sua velocidade livre é geralmente mais baixa do que a das infra-estruturas que liga; Quando só tem uma pista, o efeito dos veículos pesados é maior; e Quadro Capacidade de Secções Centrais de Rampas Velocidade Livre da Rampa S FR (km/h) > 80 < < Capacidade (vl/h) Rampa com 1 pista Rampa com 2 pistas < NOTA: valores aproximados da capacidade da secção central da rampa e não da intersecção da rampa com a AE Acomoda a fila que se pode formar na intersecção da rampa com a outra infra-estrutura. 4

5 Principais Conceitos: Figura 3.12 Rampas de Acesso a uma AE Figura Convenção de numeração das pistas Pista 3 Pista 2 Pista 1 Os parâmetros que influenciam o funcionamento da zona de intersecção da rampa com a AE são os mesmos que influenciam as secções correntes: (largura das pistas, desobstrução lateral, tipo de terreno, tipo de condutor e a percentagem de veículos pesados) e ainda: comprimento das pistas de aceleração (LA) ou de desaceleração (LD) Velocidade livre da rampa (SFR) a SFR é influenciada por vários factores, como o grau de curvatura da rampa, o seu número de pistas, a sua inclinação, a sua visibilidade distribuição do tráfego na auto-estrada pelas pistas na aproximação à rampa 5

6 Principais Conceitos: 6

7 Principais Conceitos: Quadro Nível de Serviço em Áreas de Influência de Rampas de Acesso consoante a sua densidade Densidade (vl/km/pista) 6 > 6-12 > > > 22 Procura > Capacidade Nível de Serviço A B C D E F 7

8 Metodologia: A metodologia do HCM para avaliação do nível de serviço de rampas de acesso divide-se em três partes: 1. Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v 12 ) 2. Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (e respectiva comparação) de: i. Fluxo total que se aproxima da área de influência (v F ) ii. Fluxo total que se afasta da área de influência (v FO ) iii. Fluxo de entrada na área de influência da rampa (v R12 nas rampas de entrada e v 12 nas rampas de saída) iv. Fluxo na rampa (v R ) 3. Cálculo da densidade na área de influência da rampa (DR) e respectivo nível de serviço NOTAS: a) O fluxo equivalente calcula-se do mesmo modo que para as secções correntes e usando-se os parâmetros - V, FPH, N, f HV e f p - adequados à rampa. b) Nas AE de 2*3 pistas tem-se em conta o efeito de rampas vizinhas na distribuição dos veículos pelas pistas da AE, => um passo adicional na metodologia c) A metodologia difere para rampas de entrada ou de saída. 8

9 Metodologia: RAMPA DE ENTRADA RAMPA DE SAÍDA 9

10 AE - RAMPAS DE ACESSO Metodologia: 10

11 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA 1) Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 v 12 = v F P FM em que v 12 = fluxo nas pistas 1 e 2 [vl/h] v F = fluxo total que se aproxima da área de convergência [vl/h] P FM = % do fluxo total que se aproxima da área de convergência presente nas pistas 1 e 2 Quadro Factor de proporção do fluxo de aproximação nas pistas 1 e 2 em zonas de convergência 2 2 pistas 2 3 pistas P FM = 1,000 P FM = 0, , L A P FM = 0,7289 0, (v F + v R ) 0, S FR + 0,0002 L up P FM = 0, ,0801 v D /L down (equação 1) (equação 2) (equação 3) 2 4 pistas P FM = 0,2178 0, v R + 0,05887 L A /S FR (equação 4) em que: v S FR = velocidade livre da rampa [km/h] R = fluxo na rampa [vl/h] v L up = distância à rampa adjacente a montante [m] D = fluxo na rampa adjacente a jusante [vl/h] L L down = distância à rampa adjacente a jusante [m] A = comprimento da via de aceleração [m] 11

12 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA NOTAS: Quadro Equações usadas em rampas de entrada em AE 2 3 pistas Rampa a Montante Rampa em Estudo Rampa a Jusante Equação(ões) utilizadas ou ou ou 1 2 ou 1 3, 2 ou 1 As rampas de entrada adjacentes à rampa em estudo não influenciam o seu funcionamento, usando-se por isso a equação 1. As rampas de saída adjacentes já têm influência, diferindo o seu efeito consoante se situem a montante ou a jusante da rampa em estudo, usando-se por isso as equações 2 ou 3, respectivamente (ver slide seguinte) 12

13 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA Assim, para RAMPAS DE SAÍDA A MONTANTE: equação 1 ou equação 2 L EQ = 0,0675 (v F + v R ) + 0,46 L A + 10,24 S FR 757 [m] e se L up L EQ utiliza-se a equação 1. E para RAMPAS DE SAÍDA A JUSANTE: v D equação 1 ou equação 3 L EQ = [m] 0, , L A e se L down L EQ utiliza-se a equação 1. Quando existem rampas de saída a montante e a jusante e se se verificar que L up < L EQ e L down <L EQ, então utilizam-se as equações 2 e 3 e toma-se o maior valor de P FM. 13

14 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA 2) Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (v R12 e v FO ) O fluxo total na área de influência da rampa de entrada (v R12 ) é composto pelo tráfego da AE que entra nas pistas 1 e 2 e pelo da rampa: v R12 = v 12 + v R O fluxo total na secção a jusante da área de influência (v FO ) é composto pelo tráfego que já circulava na auto-estrada (v F ) e pelo que entrou na rampa (v R ): v FO = v F + v R Para a metodologia poder ser aplicada é necessário que os fluxos na área de influência e a jusante desta não excedam as respectivas capacidades, listadas no Quadro

15 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA 2) Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (v R12 e v FO ) Quadro Valores da Capacidade da Área de Influência e da Secção a Jusante Velocidade Livre da AE [km/h] Comparar com Capacidade na Secção de Jusante da Rampa Número de Pistas (numa direcção) v FO > /pista 2350/pista 2300/pista 2250/pista Capacidade na Área de Influência da Rampa [vl/h] Se o fluxo total na área de influência (v R12 ) exceder a sua capacidade mas o fluxo a jusante (v FO ) não, espera-se que haja densidades pontuais grandes mas sem congestionamento na AE e mantendo a estabilidade. v R12 15

16 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA 3) cálculo da densidade na área de influência da rampa (D R ) e respectivo nível de serviço A densidade da zona de influência é calculada através da seguinte expressão: D R = 3, ,00456 v R + 0,0048 v 12 0,01278 L A Quadro Nível de Serviço em Áreas de Influência de Rampas de Acesso consoante a sua densidade Densidade (vl/km/pista) 6 > 6-12 > > > 22 Procura > Capacidade Nível de Serviço A B C D E F 16

17 Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 1) Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 O fluxo de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v 12 ) inclui o fluxo de saída na rampa (v R ), e é calculado na secção imediatamente a montante da pista de desaceleração. Assim o fluxo v 12 é composto pelos veículos que saem na rampa (v R ) e por uma percentagem dos que circulam na auto-estrada: em que v12 = fluxo nas pistas 1 e 2 [vl/h] vr = fluxo na rampa [vl/h] vf = fluxo total que se aproxima da área de divergência [vl/h] PFD = proporção do fluxo total que se aproxima da área de divergência presente nas pistas 1 e 2 (Quadro 3.17) v 12 = v R + (v F v R ) P FD 17

18 Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 1) Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 Quadro Factor de proporção do fluxo de aproximação nas pistas 1 e 2 em zonas de divergência 2 2 pistas 2 3 pistas 2 4 pistas P FD = 1,000 P FD = 0,760 0, v F 0, v R P FD = 0,717 0, v F + 0,184 v U /L up P FD = 0, , v F + 0,038 v D /L down P FD = 0,436 (equação 5) (equação 6) (equação 7) (equação 8) em que: P FD = proporção do fluxo total que se aproxima da área de divergência presente nas pistas 1 e 2 v F = fluxo total que se aproxima da área de divergência [vl/h] v R = fluxo na rampa [vl/h] v U = fluxo na rampa adjacente a montante [vl/h] v D = fluxo na rampa adjacente a jusante [vl/h] L up = distância à rampa adjacente a montante [m] L down = distância à rampa adjacente a jusante [m] 18

19 Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 1) Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 Em auto-estradas de 2 3 pistas a equação a utilizar (5, 6 ou 7) depende do efeito de rampas adjacentes, como é referido no Quadro Quadro Equações usadas em rampas de saída em AE 2 3 pistas Rampa a Montante Rampa em Estudo Rampa a Jusante Equação(ões) utilizadas ou 5 6 ou ou 5 7, 6 ou ou 5 As rampas de saída a montante e as de entrada a jusante não influenciam o comportamento da rampa em estudo, usando-se por isso a equação 5. A influência de uma rampa de saída a jusante é dada pela equação 7 e a de uma rampa de entrada a montante é dada pela equação 6. 19

20 Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 1) Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 Para avaliar se as rampas adjacentes ainda têm efeito sobre a rampa em estudo (e nesse caso usar-se-ia as equações 6 ou 7) ou se já estão suficientemente afastadas para o seu efeito não ser significativo (usar-se-ia a equação 5), calcula-se a distância de equilíbrio L EQ, ou seja, a distância para a qual é indiferente a escolha de equações. Quando a distância entre as rampas é superior ou igual a L EQ utiliza-se a equação 5; quando é menor utiliza-se a equação 6 ou 7, consoante o caso. Assim, para rampas de entrada a montante: equação 5 = equação 6 L EQ = e se L up L EQ utiliza-se a equação 5. E, para rampas de saída a jusante: vu equação 5 = equação 7 L EQ = [m] 0, , v 0,00025 v e se L down L EQ utiliza-se a equação 5. v D 3,79 0,00011 v F 0,00121 v F R R [m] Quando existem rampas de entrada a montante e de saída a jusante e se se verificar que L up <L EQ e L down <L EQ, então utilizam-se as equações 6 e 7 e toma-se o maior valor de PFM. 20

21 Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 2) Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (v 12 e v F ) Para o tráfego numa zona de uma rampa de saída fluir normalmente há três parâmetros cuja capacidade não deve ser excedida: O fluxo que chega à zona de divergência (v F ) O fluxo a jusante da rampa na auto-estrada (v FO ) e na rampa (v R ); e O fluxo de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v 12 ). Quadro Valores da Capacidade da AE e da área de influência da rampa Velocidade Livre da AE [km/h] Comparar com Capacidade da AE (a montante e jusante da rampa) Número de Pistas (numa direcção) v F (e v FO se for necessário) > /pista 2350/pista 2300/pista 2250/pista Capacidade na Área de Influência da Rampa [vl/h] v 12 21

22 Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 3) Cálculo da densidade na área de influência da rampa (D R ) e respectivo nível de serviço A densidade da zona de influência é calculada através da seguinte expressão: D R = 2, ,0053 v 12 0,0183 L D O nível de serviço da zona de divergência relaciona-se com a densidade da zona de influência como está no Quadro Quadro Nível de Serviço em Áreas de Influência de Rampas de Acesso consoante a sua densidade Densidade (vl/km/pista) 6 > 6-12 > > > 22 Procura > Capacidade Nível de Serviço A B C D E F 22

23 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA E DE SAÍDA Determinação da Velocidade nas Áreas de Influência A velocidade nas pistas 3 e 4 durante os 450 m da área de influência da rampa é geralmente menor do que numa secção corrente de auto-estrada. É possível estimar a velocidade nas pistas 1 e 2, através das equações apresentadas no Quadro 3.20 e nas pistas 3 e 4 através do Quadro 3.21 Quadro Velocidades Médias na área de influência da rampa Tipo de Rampa Parâmetro de Cálculo Intermédio vr ,004 LA m 0,321 0,0039 e SFR s = d S = 0, ,00009 v R 0,008 S FR Quadro Velocidades médias nas pistas adjacentes à área de influência da rampa Tipo de Rampa Fluxo Médio nas Pistas 3 e 4 v OA [vl/h/pista] < Velocidade Média nas Pistas 1 e 2 S R [km/h] S R = S FF (S FF 67) m S S R = S FF (S FF 67) d S Velocidade Média nas Pistas 3 e 4 S O [km/h] S O = S FF S O = S FF 0,0058 (v OA 500) > 2300 < S O = S FF 10,52 0,0058 (v OA 500) S O = 1,06 S FF S O = 1,06 S FF 0,0062 (v OA 1000) 23

24 Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA E DE SAÍDA Determinação da Velocidade nas Áreas de Influência O valor do fluxo médio nas pistas 3 e 4 é calculado através de: v OA vf v = N Em que S R = velocidade média dos veículos na área de influência da rampa [km/h] S O = velocidade média dos veículos nas pistas adjacentes à área de influência da rampa [km/h] S FF = velocidade livre da auto-estrada na proximidade da área da rampa [km/h] S FR = velocidade livre da rampa [km/h] L A = comprimento da pista de aceleração [m] v R = fluxo na rampa [vl/h] v R12 = nas zonas de convergência, fluxo na rampa + fluxo nas pistas 1 e 2 [vl/h] v OA = fluxo médio por pista nas pistas 3 e 4 (quando estas existem) no início da área de influência da rampa [vl/h] v F = fluxo total de aproximação na auto-estrada [vl/h] v 12 = fluxo de aproximação à área de influência [vl/h] N O = número de pistas adjacentes à área de influência (não inclui as pistas 1 e 2 nem pistas de aceleração ou de desaceleração) m S = parâmetro de cálculo intermédio para a velocidade S R em zonas de convergência d S = parâmetro de cálculo intermédio para a velocidade S R em zonas de divergência Sabendo as velocidades nas pistas da área de influência da rampa e nas pistas adjacentes e esta é possível encontrar a velocidade média (S) da secção de auto-estrada durante os 450 m: Para áreas de convergência [km/h]: vr12 + voa NO S = v R12 + v OA NO SR SO Para áreas de divergência [km/h]: v12 + voa NO S = v12 voa N + SR SO O 12 O 24