Secções de ENTRECRUZAMENTO

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1 Secções de ENTRECRUZAMENTO AUTO-ESTRADAS Análise da Capacidade e Nível de Serviço com base na metodologia proposta pelo HCM

2 Podem distinguir-se três tipos de troços numa auto-estrada: Troços de Secção Corrente Rampas de Acesso ZONAS DE ENTRECRUZAMENTO Figura Exemplo da formação de uma zona de Entrecruzamento Entrecruzamento: cruzamento de duas ou mais correntes de tráfego que se deslocam no mesmo sentido ao longo de um determinado comprimento de estrada e no qual não exista a ajuda de mecanismos de controlo de tráfego 2

3 Num entrecruzamento podem distinguir-se dois tipos de movimentos principais : i.movimentos de entrecruzamento constituídos pelo tráfego que vai cruzar com as trajectórias dos outros veículos (B-C e A-D). ii.movimentos de não-entrecruzamento (ou correntes de tráfego directo): correspondem ao tráfego que entra, percorre e deixa o troço sem cruzar a trajectória normal dos outros veículos (A-C e B-D). Figura Movimentos de Entrecruzamento e Não-Entrecruzamento 3

4 São três os parâmetros que afectam o funcionamento de um entrecruzamento: i.a sua CONFIGURAÇÃO; ii.o COMPRIMENTO do troço; e iii.a LARGURA da secção nesse troço. TIPO A: Todos os veículos que entrecruzam efectuam uma mudança de pista. Figura 3.20 Entrecruzamentos do tipo A CONFIGURAÇÃO - 3 Tipos, A, B e C 4

5 Tipo B: Zonas de entrecruzamento cujos ramos de entrada e/ou saída são constituídos por mais do que uma pista. Um dos movimentos que entrecruza pode percorrer a secção de entrecruzamento sem realizar qualquer mudança de pista, enquanto que o outro movimento efectuará no máximo uma mudança de pista. Figura Entrecruzamentos do tipo B 5

6 Tipo C: É semelhante à do tipo B, apresentando diferenças quanto ao número de mudanças de pistas necessárias. Neste caso um dos movimentos que entrecruza pode ser executado sem efectuar qualquer mudança de pista, enquanto que o outro necessitará de duas ou mais mudanças. Figura Entrecruzamento do tipo C 6

7 COMPRIMENTO DO TROÇO DE ENTRECRUZAMENTO: é um elemento que exerce uma influência decisiva nas suas características operacionais. Quanto menor for o comprimento do troço de entrecruzamento, piores são as suas características operacionais (mantendo-se todos os outros elementos constantes). Figura Comprimento do troço de entrecruzamento Comprimento da Secção de Entrecruzamento A metodologia aplica-se apenas a casos em que o comprimento seja inferior a 750 m 7

8 A LARGURA refere-se ao número total de pistas disponíveis para cada uma das aproximações. A distribuição das pistas pelo tráfego que entrecruza e que não entrecruza e o número de mudanças de pista também influenciam bastante o desempenho do entrecruzamento. FUNCIONAMENTO RESTRINGIDO VERSUS NÃO RESTRINGIDO Existem casos em que a configuração é de tal forma que limita as possibilidades dos veículos atingirem o ponto de equilíbrio, no que se refere à distribuição do número de pistas. Nestes casos, os veículos que entrecruzam ocupam um espaço menor do que aquele que ocupariam numa situação sem restrições e irão circular a uma velocidade bastante inferior à dos veículos que não entrecruzam A esta situação de funcionamento dá-se o nome de FUNCIONAMENTO RESTRINGIDO. Quando a configuração não restringe o tráfego que pretende entrecruzar de ocupar uma proporção de pistas que permita atingir o estado de equilíbrio classifica-se o FUNCIONAMENTO COMO NÃO-RESTRINGIDO. 8

9 Quadro Parâmetros que influenciam o funcionamento do entrecruzamento Símb. Definição Unid. L Comprimento da secção de entrecruzamento m N Número total de pistas na secção de entrecruzamento - N w Número de pistas usadas pelos veículos que entrecruzam num funcionamento não-restringido N nw Número de pistas usadas pelos veículos que não entrecruzam - v Fluxo total na secção de entrecruzamento vl/h vw Fluxo de entrecruzamento vl/h vw1 Fluxo do maior dos dois movimentos de entrecruzamento vl/h v w2 Fluxo do menor dos dois movimentos de entrecruzamento vl/h vnw Fluxo que não entrecruza vl/h VR Rácio do fluxo de entrecruzamento VR = vw/ v - R Rácio dos fluxos de entrecruzamentos R = vw2/ vw - S w Velocidade média dos veículos que entrecruzam km/h S nw Velocidade média dos veículos que não entrecruzam km/h N.º de pistas que os veículos que entrecruzam teriam de ocupar para se poder considerar um funcionamento não restringido: Tipo A Tipo B Tipo C 1,21 N VR 0,571 L 0,234 N w = S 0,438 w 71,57 N w = N 0, ,703 VR + 0,0112 (S nw S w ) L N w = N [ 0, ,047 VR 0,00036 L 0,0031 S w )] - (S nw 9

10 Quadro Número máximo de pistas para cada uma das configurações possíveis Configuraçãoo Nº máx. de pistas Tipo A 1,4 Tipo B 3,5 Tipo C 3,0 Figura Número máximo de pistas usadas em funcionamento não-restringido 10

11 O nível de serviço baseia-se na densidade e abrange todos os veículos, apesar de em algumas situações especialmente quando o funcionamento é restringido os veículos que não entrecruzam poderem ter melhores condições de funcionamento. Quadro Nível de Serviço de um entrecruzamento em auto-estrada Densidade no Entrecruzamento (vl/km/pista) 6,0 > 6,0 12,0 > 12,0 17,0 > 17,0 22,0 > 22,0 27,0 Nível de Serviço A B C D E > 27,0 F 11

12 A CAPACIDADE NUM ENTRECRUZAMENTO é influenciada por vários parâmetros, como: a configuração do entrecruzamento (A, B ou C); o número de pistas (N); a velocidade livre da auto-estrada (FFS); o comprimento do entrecruzamento (L); e a proporção de tráfego que entrecruza (VR). Não é possível encontrar uma forma simples e directa de prever a capacidade a partir destas variáveis, tendo sido por isso construídos os Quadro 3.33 ao Quadro 3.37 os quais prevêem o respectivo valor para cada combinação de variáveis. 12

13 Quadro Capacidade em Entrecruzamentos de Configuração do tipo A (apenas se reproduziu parte do quadro, para as restantes velocidades consultar as folhas) FFS (km/h) 120 Número de pistas N VR 0,10 0,20 0,30 0, c 6050c 0,45 d c 5270 c 5550 c 5800 c 0,10 0, Comprimento do entrecruzamento L (m) b b b b a 7200 b 7200 b b 9600 b 0, c 8090 c 8510 c ,35 d 6370 c 7160 c 7700 c 8000 f 8000 f 0,10 10,080 11,380 12,000 b 12,000 b 12,000b 0,20 g ,540 c 11,270 c 11,790 c 12,000 b 13

14 A metodologia para entrecruzamentos divide-se em : 0. Conversão dos volumes, elaboração do diagrama do entrecruzamento e caracterização do tipo de entrecruzamento 1. Cálculo da velocidade média dos veículos que entrecruzam e não entrecruzam; 2. Verificação se o funcionamento do entrecruzamento é restringido ou não-restringido; 3. Conversão da velocidade em densidade no entrecruzamento; 4. Determinação do nível de serviço a partir da densidade; e 5. Determinação da capacidade do entrecruzamento. 14

15 O primeiro passo é a identificação do tipo de entrecruzamento (A, B ou C) e a construção do diagrama do entrecruzamento, como está exemplificado na Figura 3.25, com os volumes convertidos em veículos ligeiros/hora: V v = FPH f HV f p Com FPH = factor de ponta horário f HV = factor de ajustamento para veículos pesados f p = factor de ajustamento para o tipo de condutor Figura Diagrama de Entrecruzamento v o1 = 1500 vl/h v o2 = 400 vl/h v w1 = 500 vl/h v w2 = 300 vl/h 15

16 1. Cálculo da velocidade média dos veículos que entrecruzam e não entrecruzam A estimativa inicial das velocidades é sempre feita assumindo um funcionamento não-restringido. i = w para veículos que entrecruzam ou i = nw para veículos que não entrecruzam Si = velocidade média dos veículos (km/h) Smin = velocidade mínima dos veículos num entrecruzamento (km/h) Smax = velocidade máxima dos veículos num entrecruzamento (km/h) Wi = factor de intensidade de entrecruzamento Smax S Smin i = S min + 1+ W i Habitualmente: S min = 24 km/h ; S max = S FF + 8 km/h, sendo S FF a velocidade livre média dos segmentos que compõem o entrecruzamento. Pelo que: Smax S Smin i = S min + 1+ W i = 24 + ( + 8) S FF W i => SFF 16 Si = Wi 16

17 1. Cálculo da velocidade média dos veículos que entrecruzam e não entrecruzam W- factor de intensidade de entrecruzamento : Com VR = Rácio do fluxo de entrecruzamento VR = v w /v v = fluxo total na secção de entrecruzamento (vl/h) N = número total de pistas na secção de entrecruzamento L = comprimento da secção de entrecruzamento (m) a, b, c, d = constantes (Quadro 3.31) a W = ( 1+ VR) c b v N ( 3,28 L) d Quadro Constantes para o cálculo do factor de intensidade de entrecruzamento Configuração Tipo A Tipo B Tipo C Funcionamento não-restr. restringido não-restr. restringido não-restr. restringido Constantes para veículos que entrecruzam (W w ) a 0,15 0,35 0,08 0,15 0,08 0,14 b 2,2 2,2 2,2 2,2 2,3 2,3 c 0,97 0,97 0,70 0,70 0,80 0,80 d 0,80 0,80 0,50 0,50 0,60 0,60 Constantes para veículos que não-entrecruzam (W nw ) a 0,0035 0,0020 0,0020 0,0010 0,0020 0,0010 b 4,0 4,0 6,0 6,0 6,0 6,0 c 1,3 1,3 1,0 1,0 1,1 1,1 d 0,75 0,75 0,50 0,50 0,60 0,60 17

18 2. Verificação se o funcionamento do entrecruzamento é restringido ou não-restringido Para verificar a hipótese admitida no cálculo da velocidade compara-se o número de pistas que os veículos que entrecruzam necessitam de utilizar (Nw) com o número máximo de pistas utilizado em funcionamento não-restringido (Nw(max)): Se Nw Nw(max) Funcionamento Restringido Reavaliação das velocidades Quadro Critério de Avaliação do Funcionamento do Entrecruzamento Configuração Tipo A Tipo B Valor de N w 1,21 N VR 0,571 L 0,234 Nw = S 0,438 w 71,57 N w = N 0, ,703 VR + 0,0112 (S nw S w ) L Valor de N w (max) 1,4 3,5 Tipo C Nw [ 0,761+ 0,047 VR 0,00036 L 0,0031 S w )] = N (S nw 3,0 18

19 3. Conversão da velocidade em densidade no entrecruzamento Tendo determinado o tipo de funcionamento do entrecruzamento e as velocidades dos veículos que entrecruzam e não-entrecruzam é possível calcular a velocidade média no entrecruzamento e, a partir dai, a densidade. A velocidade média de todos os veículos presentes no entrecruzamento é dada por: S = v w S w v + v nw S nw Em que S = velocidade média de todos os veículos no entrecruzamento (km/h) Sw = velocidade média dos veículos que entrecruzam (km/h) Snw = velocidade média veículos que não entrecruzam (km/h) v = fluxo total no entrecruzamento (vl/h) vw = fluxo que entrecruza (vl/h) vnw = fluxo que não entrecruza (vl/h) A densidade no entrecruzamento é então dada por D = v N S Em que D = densidade no entrecruzamento (vl/km/pista) N = número de pistas no entrecruzamento 19

20 4. Determinação do nível de serviço a partir da densidade Quadro Nível de Serviço de um entrecruzamento em auto-estrada Densidade no Entrecruzamento (vl/km/pista) 6,0 > 6,0 12,0 > 12,0 17,0 > 17,0 22,0 > 22,0 27,0 > 27,0 5. Determinação da capacidade do entrecruzamento Nível de Serviço Calculada com base nos Quadros 3.33 a 3.37 os quais mostram o valor da capacidade (em vl/h e durante os 15 minutos de maior fluxo) consoante a configuração do entrecruzamento, o seu comprimento (L), a proporção de tráfego que entrecruza (VR), o número de pistas (N) e a velocidade-livre da auto-estrada (FFS): A B C D E F 20

21 Limitações da Metodologia: A existência de pistas reservadas a veículos de elevada ocupação (HOV[1]); Condições em que a procura é superior à capacidade; Limite de velocidade legal, influência da acção policial; Utilização de Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS), relacionados tanto com o veículo como com a condução; Existência de dispositivos de ramp metering; Entrecruzamento em vias colectoras-distribuidoras; Entrecruzamentos em vias urbanas; e Entrecruzamentos múltiplos 21