Mestrado Integrado em Engenharia Civil Disciplina: TRANSPORTES Prof. Responsável: José Manuel Viegas Sessão Prática 7 (Tipo A): Dimensionamento de intersecções semaforizadas simples 1/22
INTERSECÇÕES Introdução INTERSECÇÕES são zonas onde duas ou mais linhas de movimentos de veículos ou peões se cruzam e entram em conflito por terem de partilhar o mesmo espaço. FACTORES CRÍTICOS DA REDE VIÁRIA (em especial da rede urbana) Capacidade Segurança / Sinistralidade OBJECTIVOS Redução do número e gravidade dos acidentes (aumento de segurança) Garantir a máxima comodidade e conveniência aos utilizadores Rapidez / Capacidade (mobilidade) Alternativas (acessibilidade) Facilidade de utilização 2/22
Geometria Controle Nível 3 braços ( T ); 4 ou mais braços Desnivelada Trompete, diamante, trevo, etc. Sem sinalização (Regra da prioridade à direita) Sinalizadas Perda de prioridade (nas vias de menor importância) Stop (nas vias de menor importância) Canalização dos movimentos (com stop ou perda de prioridade) Semáforos Rotunda INTERSECÇÕES Análise 3/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Introdução r Sistema de controle de tráfego utilizado em muitos cruzamentos de nível com os seguintes OBJECTIVOS: Aumento da segurança, separando as correntes de tráfego em conflito; Diminuição do tempo de atravessamento; Aumento da capacidade; Equilíbrio do nível de serviço nas correntes de tráfego. VANTAGENS Maior controle sobre as decisões dos utilizadores - nomeadamente as erradas Permite alterar comportamentos - por exemplo velocidades ou itinerários Permite a progressão ininterrupta de um pelotão / viatura prioritária / TP Permite coordenar o tráfego de um itinerário/rede 4/22
Atraso médio por véiculo para todos os veículos que entram no cruzamento (seg.) 60 40 20 Tempo Perdido: Cruz. Semaforizado vs Cruz. Prioritário 0 Atraso médio: 20 seg. Atraso médio na estrada secundária em regime de prioridade : 100 seg. Tipo A - Boa visibilidade Tipo B - Má visibilidade Cruzamento prioritário Tipo B Tipo A Semáforos 400 800 1200 1600 Tráfego que entra no cruzamento (veículos / hora) 5/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Definições (I) Ciclo - Sequência total de indicações de um semáforo (suposta repetitiva); Tempo de ciclo - Tempo necessário para completar um ciclo, medido em segundos e definido como T; Fase - Parte do ciclo destinada a uma qualquer combinação de movimentos que recebem permissão para avançar. Uma fase pode acomodar um movimento protegido ou permitido. (Um movimento permitido é aquele que tem lugar em conflito com um fluxo de veículos ou peões, os movimentos protegidos são aqueles que se executam sem esses conflitos); Intervalo - Período de tempo em que todos os sinais se mantêm constantes; Tudo vermelho - Intervalo em que o vermelho se encontra aceso para todas as fases; Tempo perdido - Tempo em que a intersecção não está a ser utilizada por nenhum dos movimentos, L; 6/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Definições (II) Tempo de mudança - Soma dos tempos de amarelo e tudo vermelho que ocorrem entre fases e que existem para permitir a limpeza do cruzamento, medido em segundos e definido pela letra Y; Tempo de verde - tempo em que, durante uma dada fase, a luz verde aparece. Medido em segundos e identificado como G i (para a fase i); Tempo de verde efectivo - Tempo, durante uma fase, que é efectivamente utilizado pelos movimentos, é geralmente igual ao tempo de verde mais o tempo adicional de passagem menos o tempo perdido no arranque para a fase i, medido em segundos e designado pela letra g i (para a fase i); Rácio de verde - Relação entre o tempo verde efectivo e o tempo de ciclo g i /T (para a fase i); Vermelho efectivo - Tempo, durante um ciclo, em que um movimento (ou conjunto de movimentos) não tem permissão para avançar. É medido em segundos e identificado por r i (para a fase i); 7/22
Rua Oeste Rua Norte Rua Sul Rua Oeste Rua Este Ruas Norte e Sul Rua Este INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Definições (III) Diagrama de Fases a Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 1 Fase 2 Fase 3 T b c b e Movimento a Movimentos b Movimentos e, f f 8/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Mov. Protegidos vs Mov. Permitidos (I) FASE PARA PEÕES A semaforização melhora as condições de atravessamento dos peões Condições para atribuição de uma fase exclusiva (mov. Protegido) ou uma fase combinada com o tráfego automóvel (mov. Protegido para os peões) Reino Unido: Se o fluxo de peões cruzando qualquer dos braços do cruzamento for superior a 300 peões/hora; Se o tráfego que vira para um determinado braço tem uma separação de menos de 5 seg. durante o tempo de viragem e conflito de 50 peões /hora. 9/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Mov. Protegidos vs Mov. Permitidos (II) Nota: Viragem à esquerda cruza 1 pista Nota: Viragem à esquerda cruza 2 pistas Vir. Esquerda Protegida Vir. Esquerda Permitida FASE EXCLUSIVA PARA VIRAGEM À ESQUERDA Função de: Volume de conflito, n.º de pistas e velocidade, na via a cruzar Vir. Esquerda Protegida Vir. Esquerda Permitida Nota: Viragem à esquerda cruza 3 pistas Vir. Esquerda Protegida Vir. Esquerda Permitida 10/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Capacidade (I) A capacidade de um determinado movimento define-se como sendo o fluxo máximo que pode efectuar esse mesmo movimento num dado intervalo de tempo sob determinadas condições de tráfego, e características geométricas e de sinalização (o fluxo medido ou projectado refere-se normalmente a 15 minutos). (Fluxo: Número de veículos que passam numa dada secção num determinado intervalo de tempo) Condições de tráfego - Volumes, distribuídos por movimentos tipo; localização e utilização de paragens de autocarro que possam existir na área da intersecção; fluxos de atravessamento de peões; condições de estacionamento. Características geométricas - Número e utilização das pistas, inclinações longitudinais. Características de sinalização - Definição das fases (tempos e sequências) e modo de operação do comando. 11/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Capacidade (II) A capacidade de um grupo de pistas pode ser definida por: c s g i = i. T sendo: c i - capacidade do grupo de pistas i s i - fluxo de saturação para o grupo de pistas i g i /T - rácio de verde para o grupo de pistas i (tempo de verde/tempo de ciclo) Fluxo de saturação: fluxo máximo que pode atravessar uma dada intersecção, sob as condições existentes, admitindo que aquele grupo de pistas dispõe de 100% de tempo de verde. i 12/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Capacidade (III) Rácio Crítico, X c.- consiste no rácio volume/capacidade (v/c) para a intersecção como um todo, mas, considerando apenas o movimento com maior rácio v/s em cada uma das fases. sendo: X c - rácio crítico (v/c) para a intersecção como um todo n i= 1 v s ci - somatório dos índices de carga crítica (de todos os grupos de pistas consideradas críticas) n nº total de fases T - tempo de ciclo em segundos L - total de tempo perdido por ciclo Baseando-nos no conceito de rácio crítico, podemos concluir que se X c 1.0, então é possível acomodar todos os movimentos na sequência de fases e tempos de ciclo definidos. n v T X c =. s T L i= 1 ci 13/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Tempo de ciclo óptimo Tempo de ciclo óptimo é o tempo mínimo necessário para acomodar os movimentos. Segundo Webster 1 (formulação baseada na minimização dos tempos de atraso da intersecção), Sendo: L tempo perdido por ciclo; y j Índice de carga (v/s) da fase j (crítico) Tóptimo = 1,5 L + 5 1,0 n y j j= 1 (1) Webster, F. V. - Traffic Signal Settings, Road Research, Technical Paper N. 39 - Road Research Laboratory, 1958, pp 1-44. 14/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Cálculo do tempo perdido Tempo perdido por ciclo: L = n i= 1 n l i + Y i= 1 Sendo: T pa tempo perdido no arranque; T ap tempo adicional de passagem; TV tempo tudo vermelho ; A tempo de amarelo. i l i Y i = T pa i = TV Valores típicos: i T + ap i A i (tempo perdido) (tempo de mudança) 15/22
INTERSECÇÕES SEMAFORIZADAS Nível de serviço O nível de serviço é definido em termos de tempo médio de atraso o qual é uma medida do desconforto do condutor, consumo de combustível e tempo perdido na viagem. Assim, o nível de serviço é definido a partir dos tempos médios de atraso para um período de ponta de 15 minutos, podendo este ser medido no campo ou calculado. Este atraso refere-se ao tempo gasto para atravessar esta intersecção, em excesso relativamente à situação de atravessamento livre da intersecção (como se esta fosse desnivelada ou não existisse). Inclui portanto os tempos de paragem no vermelho assim como filas de espera, caso existam. Definição dos níveis de serviço (Fonte: Highway Capacity Manual) Nível de serviço Tempo de atraso (seg./veíc.) A 5.0 B 5.1 a 15.0 C 15.1 a 25.0 D 25.1 a 40.0 E 40.1 a 60.0 F > 60.0 16/22
PROBLEMA 1 Enunciado Considere a intersecção esquematizada, constituída por uma estrada principal, via colectora com duas pistas (uma para cada sentido de circulação), existindo mais uma pista exclusiva para viragens à esquerda, e uma estrada secundária que consiste numa via local composta de duas pistas. Não existem quaisquer alargamentos das vias na zona da intersecção e o raio das curvas é de 6 m. Prevendo-se a instalação de sinalização luminosa, determine, para os dados geométricos e de tráfego apresentados, a duração do ciclo óptimo, de acordo com o método de Webster, e respectiva repartição pelas fases. Dados: o Fluxo de saturação = 1600 uvl/h/pista; o Fluxo de Saturação de V4, se apenas permitido = 1200 uvl/h; o Velocidade Média = 40 km/h; o Tempo de amarelo = 3 seg.; T ap = 2,5 seg.; T pa = 3,5 seg. o Tempo Tudo Vermelho (TV) = 2 seg. 17/22
PROBLEMA 1 Resolução Plano de fases O movimento de viragem à esquerda V4 tem um fluxo inferior a 100 uvl/h e necessita apenas de atravessar uma pista, podendo ser acomodado no plano de fases como movimento permitido. Assim, sugere-se o seguinte plano de fases: Fase A V3 Fluxos de saturação (s i ) V2 (V4 como movimento permitido) V5 V4 Fase B Pistas Movimentos s i (uvl/h) 1 V 2 +V 3 1600 2 V 4 1200 3 V 5 1600 4 V 7 +V 9 1600 V7 V9 18/22
Índices de carga em cada pista (y i ) PROBLEMA 1 Resolução Pistas s i (uvl/h) v i (uvl/h) y i =v i /s i 1 1600 275+45=320 0,20 Índice de carga crítico (y ci ) 2 1200 80 0,07 3 1600 330 0,21 4 1600 130+45=175 0,11 Fase A: y A = máx. (y 1,y 2,y 3 ) = máx. (0,20; 0,07; 0,21) = 0,21 Fase B: y B = y 4 = 0,11 Tempo perdido por ciclo (L) 2 2 [( 3,5 2,5) + 2 + 3] 12 s L = li + Yi = 2 = i= 1 i= 1 2 i= 1 y ci = 0,21+ 0,11 = Com: T ap = 2,5 s T pa = 3,5 s Tempo de amarelo = 3 s Tempo tudo vermelho = 2 s 0,32 19/22
Estimativa do tempo de ciclo óptimo (Webster) PROBLEMA 1 Resolução T opt g i g A X 1,5 L + 5 = n 1,0 y i= 1 y i = GT n y i= 1 i ci 1,5 12 + 5 = 1,0 0,32 = 34 35 s Estimativa dos tempos de verde efectivo (g i ) c G T = T L = 35 12 = 23 s 0,21 0,11 = 23 = 15,1 15 s g B = 23 = 7,9 8 s 15 + 8 = 23 0,32 0,32 n = i= 1 y ci T T L, onde Estimativa do rácio crítico (X c ) 35 = 0,32 = 0,49 35 12 (tempo de verde efectivo total por ciclo, não confundir com tempo de verde) cruzamento não saturado! 20/22
PROBLEMA 1 Resolução Representação do diagrama de ciclo GA = ga + Tpa Tap = 15 + 3,5 2,5 = 16 s GB = gb + Tpa Tap = 8 + 3,5 2,5 = 9 s Fase A Fase B 0 5 10 15 20 25 30 35 (segundos) 21/22
PROBLEMA 2 Enunciado Considere uma intersecção entre duas estradas, sendo a principal uma via arterial com quatro pistas e com pistas reservadas para viragens à esquerda em ambas as aproximações. A estrada secundária é uma via colectora com duas pistas. Do lado Sul a estrada foi recentemente alargada tendo sido adicionada uma pista para viragens à esquerda. Proponha um esquema de funcionamento para os semáforos a instalar na intersecção, representando-o através de um diagrama do ciclo. Utilize o método de Webster. Dados: o Fluxo de saturação = 1600 uvl/h/pista; o Fluxo de saturação das VE na Est. Principal, se apenas permitidas = 1000 uvl/h; o Fluxo de saturação das VE na Est. Secundária, se apenas permitidas = 1300 uvl/h; o Velocidade média = 40 km/h; o Tempo de amarelo = 3 seg.; Tap = 2,5 seg.; Tpa = 3,5 seg. o Tempo tudo vermelho = 2 seg. [uvl/h] 22/22