GESTÃO DE INTERSECÇÕES RODOVIÁRIAS FUNCIONAMENTO EM MODELOS DE ROTUNDA PAULO MATOS MARTINS PROF. ADJUNTO, ISEL. EDUARDO NABAIS ENCARREGADO DE TRABALHOS, ISEL RUI CABRAL TÉCNICO SUPERIOR, IEP - SANTARÉM RESUMO Analisa-se a problemátia da gestão das interseções rodoviárias, numa perspetiva adaptativa destas às variações da proura, de forma a satisfazer os adequados níveis de apaidade, segurança 1 e omodidade. Faz-se referênia à neessidade de proeder ao redimensionamento das interseções de nível, enquadrando essa evolução num ontexto mais lato do que a perspetiva únia do aumento de apaidade. Apresenta-se um pequeno levantamento omparativo das metodologias de referênia para o dimensionamento de interseções giratórias. Com base nestas omparações podem surgir algumas interrogações aera das motivações por detrás da dispersão, quer das formulações teórias, quer dos resultados prátios obtidos. Apontam-se algumas pistas prováveis para as diferenças enontradas, bem omo alguns aminhos para melhorar a perepção e mitigar essas diferenças. 1. INTRODUÇÃO A gestão da infra-estrutura rodoviária assenta sistematiamente num onfronto entre a oferta disponibilizada e a proura (os utilizadores). Quando esse onfronto é paífio e orre bem podemos afirmar que estamos numa situação de equilíbrio. No entanto, este equilíbrio é dinâmio e preário a médio/longo prazo, devido à proura de transportes ser, por um lado, uma proura derivada, dependente das adeias de atividades dos utilizadores. Por outro lado, por ser uma proura induzida, quer através da alteração da própria oferta de infra-estrutura, quer através de outros fatores, intrínseos ou não, ao Setor dos Transportes. 1 Da interseção em si, e omo medida de aalmia de tráfego nas vias adjaentes.
No âmbito da gestão da infra-estrutura, apresentam-se algumas ideias relativas à problemátia das interseções rodoviárias não semaforizadas, quer estas se integrem em meio urbano, ou ambiente interurbano 2 (rural). Disute-se nomeadamente a problemátia da transformação das interseções lássias (ruzamentos de nível) em interseções giratórias (rotundas). Não querendo aprofundar e detalhar os oneitos de engenharia de tráfego rodoviário subjaentes ao dimensionamento dos diversos tipos de interseções, neste artigo adopta-se uma postura de síntese, na qual se proura entender quais serão, além dos oneitos ténios já itados, outros fatores que poderão estar em jogo na tomada de deisões aera da tipologia das novas interseções a onstruir, ou da remodelação de interseções já existentes, levando à sua transformação em interseções giratórias. A problemátia da omparação e transformação em interseções semaforizadas não é abordada no artigo. Dois pontos onretos serão abordados om ênfase. Primeiro, o suporte à deisão tem que ser efetuado om base, não só nos indiadores de tráfego (apaidade, segurança e omodidade), mas antes om base na quantifiação dos seus impates soiais globais usto das infra-estruturas, dos atrasos e ongestionamento, dos aidentes poteniais, do valor subjetivo que os utilizadores atribuem ao aumento da sua omodidade. Em suma, om base na quantifiação dos ustos e benefíios soiais, através de uma análise espeífia, que inlua também a alternativa de não fazer. No segundo ponto, a desenvolver numa perspetiva ténia mais restrita (mas indiretamente ligada à anterior), surge após algumas análises efetuadas pelos autores a diversas interseções giratórias existentes, om ondições de funionamento distintas, uja análise leva ao surgimento de algumas questões que os autores onsideram relevante serem abordadas. No nosso país verifiou-se nos últimos 15 anos o surgimento quase espontâneo de dezenas e dezenas de rotundas, muitas das quais teniamente muito bem onseguidas, havendo no entanto outras ujo resultado (e investimento) final areem de objetividade e melhor justifiação à luz do normativo ténio atual, o qual já é bastante ompleto, do ponto de vista do dimensionamento rodoviário [5]. É à luz desse panorama que surge a questão de tentar pereber até que ponto poderemos ir um pouo mais longe na perepção e araterização dos omportamentos dos ondutores, enquanto utilizadores das interseções giratórias. Haverá diferenças de omportamento entre os ondutores em meio urbano e em meio interurbano? Como é que essas diferenças se refletem na apaidade e segurança? Há diferenças de omportamento entre os ondutores portugueses e outros ondutores europeus? Será que as diferentes formulações de álulo são baseadas só na diferença das regras loais impostas (o 2 Os autores adoptam neste artigo a designação interurbano para refereniar o ambiente que tradiionalmente na literatura anglo-saxónia é designado por rural.
Código da Estrada) ou existem outros drivers de omportamento humano que expliam essas diferenças? 2. GESTÃO DO SISTEMA RODOVIÁRIO REDIMENSIONAMENTO DE INTERSECÇÕES A substituição de interseções rodoviárias de nível por rotundas é uma das alternativas possíveis para a resolução de problemas de ongestionamento e/ou segurança do sistema rodoviário. As abordagens tradiionais são muitas vezes exeutadas utilizando somente oneitos de engenharia de tráfego rodoviário: analisa-se o enário atual, riam-se enários futuros, a 10-15 anos, om base em previsões de tráfego e arateriza-se a situação no ano horizonte, nomeadamente através da verifiação da apaidade da interseção e da lassifiação desta em termos de nível de serviço. Os dados base utilizados neste tipo de análise são: A proura (tráfego) que usa a interseção; A onfiguração geométria da interseção e; As regras de trânsito apliadas, de forma a ser possível hierarquizar os movimentos. A finalidade imediata é a de determinar a apaidade e o atraso total sofrido pelos veíulos que irulam, traduzindo-se num nível de serviço de ada movimento atual e no ano horizonte. Na figura 1 apresenta-se o exemplo de um nó desnivelado 3, uja materialização resulta na existênia a montante e a jusante de duas interseções de nível. Figura 1 Nó do Girão - Santarém 3 O nó apresenta uma onfiguração em diamante, e orresponde à resolução da interseção desnivelada entre a via rápida, a zona industrial e a EN3.
Na figura 2 apresentam-se duas alternativas estudadas para a transformação do nó, através duma solução tipo Dumbell (figura da esquerda) ou através duma solução do tipo ponte dupla (figura da direita). Figura 2 Ensaio de soluções om interseções giratórias As alternativas estudadas devem abordar diretamente as questões relaionadas om o dimensionamento da infra-estrutura, (estas serão abordadas na próxima seção), mas a avaliação das mesmas deve ser feita em função do balanço de ustos e benefíios soiais previstos para ada solução inluindo a solução de não fazer nada. Ou seja, após a identifiação das alternativas possíveis/viáveis e do seu orreto dimensionamento rodoviário para a vida útil prevista, devem ser analisados todos os ustos (nomeadamente de expropriação, onstrução/transformação e manutenção), inluindo todos os impates soiais e ambientais que ada solução implia. Como já foi referido, devem também ser analisados os impates da solução nada fazer. As diversas opções devem ser apresentadas ao deisor que fará uma análise global e que, de aordo om as polítias/diretivas de transportes implementadas, tomará em sede própria a sua deisão. A deisão polítia deverá tendenialmente reair, a bem da efiiênia eonómia do sistema, na solução om um retorno sóio-ambiental mais elevado. No entanto, é aeitável que possam existir outros fatores polítios de peso que tendam a alterar o sentido das deisões. Se os balanços de ustos sóio-ambientais forem efetuados om rigor, poder-se-á avaliar o usto eonómio da deisão polítia de uma forma objetiva e mais pereptível para a população em geral. Quando se aborda a problemátia dos ustos sóio-ambientais [2], tem que se onsiderar exaustivamente todas as ategorias de ustos envolvidas, pois de outra forma não é possível fazer uma análise de usto-benefíio ou de maximização do bem-estar soial exaustiva e orreta. Nos próximos parágrafos enumeram-se as prinipais ategorias de ustos sóioambientais assoiados aos sistemas de transportes rodoviários, assinalando-se aquelas que são mais relevantes no ontexto da presente análise. As ategorias de ustos foram divididas em três sub-grupos, de aordo om a sua natureza:
1. Custos finaneiros lássios: Custo das expropriações (+++ em meio urbano; ++ em meio rural); Custo da onstrução e/ou transformação e manutenção da infra-estrutura (+++); Custos de operação dos veíulos (assume espeial importânia nos transportes públios) (-); 2. Custos assoiados à degradação da qualidade de vida das populações, que se podem designar por impates de aráter soial, ujo reonheimento não está tão divulgado omo as da ategoria anterior, mas que poderá ter reflexos negativos muito graves, quer na qualidade de vida das populações. A saber, referem-se os ustos om: Aidentes (+++); Congestionamento (+++) Outros impates soiais de aráter loalizado. 3. Custos assoiados aos danos no ambiente, que representam as tradiionais Externalidades Ambientais. São maioritariamente ustos de oportunidade. Refere-se a: Poluição Atmosféria (+); Efeito de Estufa (+); Ruído (+); Outros impates ambientais de aráter loalizado (vibrações, et); Nitidamente, quando se faz a avaliação de uma solução, é fundamental alular estimativas dos ustos finaneiros inorridos durante o período de vida das omponentes (inluindo manutenção, depreiação e usto de oportunidade do apital); bem omo estimativas dos benefíios alançados: redução dos ustos soiais do ongestionamento e dos aidentes (inluindo o Valor Estatístio da Vida Humana), et. e redução, ainda que menos signifiativa, dos ustos ambientais. Estes últimos, no aso das interseções, são olaterais e não têm um impate tão preponderante omo o da redução do usto do ongestionamento e dos aidentes. A gestão e, em partiular, o (re)dimensionamento de interseções rodoviárias, devem obedeer às ondiionantes desritas, de forma a umprirem todos os requisitos fundamentais para se onseguir a maior efiáia possível em termos da mobilidade, seguindo no entanto as regras da boa efiiênia eonómia na gestão dos reursos limitados das soiedades modernas. 3. METODOLOGIAS DE REFERÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DE INTERSECÇÕES GIRATÓRIAS
Existem diversos modelos de previsão de apaidade utilizados no dimensionamento de interseções giratórias, difereniando-se em 3 grupos pela forma omo determinaram a sua formulação, omo mostra a figura 3. MODELOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE Estatístios Probabilístios Simulação - Inglês [TRL] - Português [FCTUC] - Franês [SETRA] - Suíço - Alemão - Australiano - USA [HCM2000] - Alemão - ARCADY - RODEL - SIDRA - TRANSYT-7F - NETSIM - CORSIM Figura 3 Modelos de dimensionamento de rotundas Considerando a diversidade de modelos existentes optou-se por apresentar aqueles que têm maior potenial de utilização no nosso país. 3.1 Modelos estatístios Este tipo de modelos proura de uma forma empíria, a urva da apaidade, om reurso a observações em ampo, em diversas interseções giratórias, em diferentes loais, efetuadas durante períodos de saturação e em diferentes entradas om araterístias geométrias difereniadas e para níveis de fluxos prioritários variados. 3.1.1 Modelo Inglês (TRL Transport Researh Laboratory) e o modelo Português (FCTUC Fauldade de Ciênias e Tenologia da Universidade de Coimbra) O modelo Inglês (TRL), baseado no estudo de Kimber de 1980, propõe uma fórmula linear para o álulo da apaidade da entrada numa rotunda: Q e ( F f Q ) = k (3.1) Em que: Q e = Capaidade de entrada Q = Fluxo de irulação K,F,f = Variáveis em função das araterístias geométrias da rotunda
Teve omo base uma amostra de 86 rotundas, totalizando mais de 11000 minutos de observação em estradas saturadas. Relaiona de uma forma linear a apaidade de entrada om o fluxo onflituante e os oefiientes F e f (parâmetros geométrios). Para rotundas desniveladas, a metodologia é idêntia à anteriormente apresentada, atribuindo oefiientes diferentes à expressão iniial: e ( 1,11F 1, f Q ) Q = k 4 (3.2) O modelo Português, foi baseado na base de dados, bem omo nos resultados de estudos anteriormente desenvolvidos [5]. Teve omo base em registos de 11 entradas de 8 rotundas naionais, 4 das quais (orrespondentes a 6 entradas) loalizadas em zona urbana, totalizando mais de 952 minutos de observações. Tomando omo referênia dois métodos, o TRL (Inglês) e o SETRA (Franês), em que o TRL adaptado foi o que demonstrou expliar a maior perentagem da apaidade observada (61,7%), omo se apresenta na figura 4. ( ) Q = K F f Q e 0,00163 3,431 1 K = 1 0,00347 ( φ 30) 0,978 0,05 r 335,47 F = 303 X 2 X 2 = v+ ( e v) ( 1+ 2 S) 0,611 ( ) f = 0,21 t 1+ 0,2 X -0,457 p 2 t p 0,5 = 1+ + M ( 1 ) S = 1,6 0,938 ( e v) l ' M = e DCI 60 10 Figura 4 Modelo Português (FCTUC), baseado no modelo Inglês (TRL) 3.2 Modelos probabilístios Os modelos denominados probabilístios, prouram relaionar a distribuição do fluxo dos veíulos da orrente que irula dentro das interseções giratórias, que é prioritária, om o fluxo de hegada dos veíulos provenientes das vias de aesso, seundárias, partindo do prinípio que ambas as distribuições são aleatórias, assumindo uma determinada lei de aeitação de intervalos entre veíulos. A formulação destes modelos requer pouas amostras.
3.2.1 Modelo Ameriano (HCM 2000 Highway Capaity Manual 2000 ) A investigação efetuada por Aimee Flannery [6] onduziu a uma análise através da lei de aeitação de folgas, tendo omo base uma amostra de 4 rotundas. O modelo Ameriano (HCM 2000) propõe a seguinte formula para o álulo da apaidade da entrada: Q e QT 3600 QTe 3600 Q e = (3.26) 1 e Em que: Q e Capaidade de entrada Q Fluxo de irulação e que atravessa frontalmente a entrada em estudo T Folga ritia (valores entre 4,1 a 4,6 segundos) T 0 Tempo de seguimento (valores entre 2,6 a 3,1 segundos) A formulação só é válida para volumes de onflito inferiores a 1200 vei./h e em rotundas de uma só via. 3.3 Modelos de simulação Baseiam-se na modelação das interações giratórias, entre o fluxo de veíulos que entram na interseção e o fluxo de veíulos que irulam no anel de irulação, apresentando-se de uma forma geral em sofistiados programas de omputador. 3.4 Estudo omparativo entre as diversas metodologias Reproduz-se o gráfio síntese apresentado em [3] no qual foi efetuado um benhmarking entre diversas metodologias para o álulo da apaidade das interseções giratórias. Deste estudo, realça-se alguma dispersão de resultados, em função das metodologias utilizadas e do meio e loalização geográfia das interseções giratórias analisadas. Capaidade da Entrada 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 1.1 Português (FCTUC) 1.2 Inglês (TRL) 1.3 Franês (SETRA) 90%Qt 1.3 Franês (SETRA) 50%QT 1.4 USA (HCM2000) Lim. Inf. 1.4 USA (HCM2000) Lim. Sup. 1.5 Suisso (VSS 3/89) 1.6.1 Alemão [1973] 1.6.1 Alemão [1997] 1.7 Australiano 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Volume de onflito na entrada
Fae à variabilidade anterior, deverá ser melhor perebido até que ponto é que estamos perante situações de partida distintas (e portanto potenialmente menos omparáveis) ou perante a neessidade de estudar a influênia de novas variáveis, provavelmente relaionadas om o omportamento difereniado dos ondutores, fae, por exemplo, a realidades diferentes: ondução em meio urbano/interurbano, ondução diurna/noturna, et. 4. CONCLUSÕES É hoje ada vez mais omum, no nosso país, a utilização das interseções giratórias omo ferramentas relevantes para o ordenamento da rede rodoviária, quer ao nível naional, quer ao nível loal. O enquadramento ténio de dimensionamento rodoviário, após um vazio de muitos anos, está em vias de ser onsolidado om a adopção do normativo desenvolvido pela FCTUC [5], o qual é um exelente ponto de partida para o apoio à tomada de deisão na gestão rodoviária, visto que obre muito satisfatoriamente os oneitos relaionados om a engenharia de tráfego rodoviário. No entender dos autores, esse esforço deve ser ontinuado na perspetiva do melhor entendimento dos omportamentos da proura e as araterístias do tráfego leia-se apaidade, sinistralidade, et. - que dependem desses omportamentos. Noutra dimensão, também o quadro de análise e apoio à deisão deve ser ampliado e onsolidado numa perspetiva mais lata, inluindo todas as variáveis de usto e benefíio das diversas alternativas possíveis. Só desta forma, as opções ténias a implementar, nomeadamente no que diz respeito à onstrução/transformação de interseções giratórias, poderão ser equaionadas de modo ada vez mais efiiente em termos eonómios e mais efiaz em termos da mobilidade dos utilizadores, permitindo uma gestão ada vez mais raional do sistema rodoviário. BIBLIOGRAFIA [1] Cardoso, J. Estudo das relações entre as araterístias da estrada, a veloidade e os aidentes rodoviários. Apliação a estradas de duas vias e dois sentidos. Tese de doutoramento. Instituto Superior Ténio. Lisboa, 1996 [2] Martins P., 2001, Metodologias para a quantifiação e internalização dos ustos externos no Setor dos Transportes, Dissertação de Mestrado, IST, Lisboa, Jan. 2001.
[3] Nabais, E.; Cabral, R. Metodologias Utilizadas no Cálulo de Capaidade de Rotundas. Monografia no âmbito da disiplina de GTR do Mestrado de Transportes do IST. Instituto Superior Ténio. Lisboa, 2003. [4] Santos, J. Sistemas dinâmios de informação e enaminhamento de ondutores. Dissertação de mestrado. Instituto Superior Ténio. Lisboa, 1990 [5] Silva, A; Seo, A. Dimensionamento de rotundas araterização base e projeto geométrio. Relatório atualizado no âmbito do aordo-programa elebrado entre a FCTUC e o IEP, intitulado desenvolvimento de uma proposta de norma para projeto de rotundas. Coimbra, 1999. [6] TRB Highway Capaity Manual 2000. TRB. Washington, D.C. 2000 [7] Taekratok, T. Modern Roundabouts for Oregon. Oregon Department of Transportation. Salem, 1998.