USO DE MICROSSIMULAÇÃO PARA AVALIAR BENEFÍCIOS NA REDUÇÃO DE ESTÁGIOS EM INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS João Paulo Nascimento de Sousa Waldemiro de Aquino Pereira Neto
USO DE MICROSSIMULAÇÃO PARA AVALIAR BENEFÍCIOS NA REDUÇÃO DO NÚMERO DE ESTÁGIOS EM INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS João Paulo Nascimento de Sousa Controle de Tráfego em Área de Fortaleza Autarquia Municipal de Trânsito, Serviços Públicos e Cidadania Waldemiro de Aquino Pereira Neto Departamento de Engenharia de Transportes Universidade Federal do Ceará RESUMO No processo de gestão do sistema viário urbano, as redes semafóricas apresentam papel fundamental para garantir um desempenho satisfatório nas condições de fluidez. Além de ações relacionadas à adequada programação dos tempos semafóricos, algumas ações simples, como mudanças nas regras de circulação das vias podem permitir a obtenção de ganhos significativos. Neste trabalho são avaliados, através de recursos de microssimulação, os impactos decorrentes de mudanças no sentido de circulação das vias, visando a redução da quantidade de estágios em uma interseção semaforizada. A pesquisa contemplou a realização de um estudo de caso em um cruzamento semaforizado da cidade de Fortaleza-CE, cujos resultados obtidos apontaram para a obtenção de melhorias nas condições de fluidez. 1. INTRODUÇÃO A cada ano a problemática envolvendo a circulação de pessoas e mercadorias assume maior relevância, principalmente em grandes centros urbanos. Vários fatores podem ser descritos como possíveis catalisadores de problemas, e já são de conhecimento comum. O aumento do volume de veículos, a dificuldade na implementação de alterações na infraestrutura viária, assim como a falta de integração do planejamento nas diversas esferas públicas, têm sido listados como vilões da deterioração das condições de mobilidade urbana, o que é evidenciado pelos congestionamentos recorrentes, além de conflitos mais graves entre os diversos elementos do sistema de transportes. Os profissionais de engenharia de tráfego têm utilizado diversas técnicas para amenizar e gerenciar os transtornos no sistema viário. Alguns exemplos como o uso de semáforos, construção de túneis, viadutos, rotatórias e binários tem sido sistematicamente utilizados no enfrentamento dos conflitos de circulação dos veículos. No entanto, para aplicação destas técnicas, a engenharia de tráfego exige que sejam realizados diversos estudos de planejamento, abrangendo pesquisas volumétricas (classificatória e direcional), de atraso, de origem e destino, o uso de simuladores de tráfego, entre outros. Embora os sistemas modernos de controle de tráfego possibilitem um melhor desempenho na operação da rede viária, permitindo uma otimização dos resultados, é fundamental acompanhar continuamente o desempenho deste sistema. Considerando especificamente o uso de semáforos em interseções, algumas medidas simples relacionadas a uma melhor operação destes dispositivos são capazes de trazer melhorias significativas na redução dos atrasos e elevação da velocidade média do tráfego. Um plano de operação bem ajustado à demanda de tráfego, com a utilização de tempos de verde, ciclo e defasagens bem dimensionadas em uma rede semafórica são medidas básicas para atingir esta finalidade. O desenvolvimento de tecnologias modernas, como controladores de tráfego demandados pelo tráfego, com planos semafóricos otimizados em tempo real facilitaram sobremaneira a atividade de gestão destas redes semafóricas. Entretanto, algumas ações simples relacionadas a mudanças na circulação das vias, também são capazes de trazer ganhos de desempenho. Um exemplo deste tipo de situação é a possibilidade de redução da quantidade de estágios em um 1
semáforo através de mudanças na circulação geral do tráfego. Ao se eliminar um estágio do plano semafórico de uma interseção é possível gerar uma maior capacidade nas aproximações do cruzamento, permitindo uma redução nos atrasos e uma possível melhoria da velocidade média, podendo assim elevar as condições gerais de fluidez. Porém, para avaliar este tipo de medida, é também importante avaliar os impactos gerados pela mudança na circulação dos veículos, como por exemplo, o tempo de percurso adicional do tráfego desviado para outras vias (ex: realização de laço de quadra) para se estimar o impacto da medida, comparando as perdas e ganhos para, assim, avaliar se a medida de uma forma global é favorável ou não. O objetivo deste trabalho é apresentar uma estratégia para identificar situações onde a implantação de mudanças na circulação, visando à redução no número de estágios semafóricos, pode contribuir para a melhoria das condições de fluidez do tráfego geral. Esta estratégia prevê o uso de recursos de simulação da operação do tráfego. Como objetivo complementar, o trabalho visa avaliar a utilização dessa estratégia em um cruzamento semaforizado na cidade de Fortaleza. 2. ANÁLISE DAS CONDIÇÕES DE REDUÇÃO DE ESTÁGIOS EM SEMÁFOROS Uma análise preliminar visando a redução da quantidade de estágio veicular de um semáforo, deve ser conduzida, levando em consideração os aspectos relacionados a configuração de geometria das vias existentes, bem como suas condições de trafegabilidade. Esses fatores interferem diretamente na viabilidade da proposta, e devem ser avaliados antes da aplicação da redução do estágio semafórico. Dentre os fatores a serem avaliados, podem ser destacados: a) Existência de vias alternativas Como a redução na quantidade de estágios de um semáforo está associada à eliminação de conflitos entre os movimentos de tráfego, é necessário verificar a disponibilidade de vias adjacentes para receber os fluxos decorrentes da transferência destes deslocamentos para outros locais. A inexistência de ruas para a realização do movimento de laço de quadra (movimento de mudança de direção ou de transposição da via por meio do contorno da quadra) e/ou existência de ruas muito distantes do cruzamento, dificultam a realização de tal movimento, muitas vezes inviabilizando a mudança proposta. b) Condições de circulação das vias alternativas A existência de vias estreitas ou com pequeno raio de giro, por exemplo, para a realização do laço de quadra, irá comprometer a capacidade de receber o tráfego desviado, especialmente se o mesmo tiver participação significativa de veículos comercias. Outro aspecto que deve ser considerado diz respeito ao uso e ocupação do solo lindeiro a estas vias. O carregamento de tráfego em vias estritamente residenciais pode elevar o potencial da ocorrência de acidentes, assim como o desvio para vias de comércio intenso pode resultar na penalização destes veículos, elevando significativamente seus níveis de atraso. c) Necessidade da implantação de outras intervenções na área de influência do cruzamento Dependendo de cada cenário viário e volumes de tráfego, algumas alterações à rede viária devem ser realizadas para viabilizar a redução de estágios em um cruzamento semaforizado. Em alguns casos, dependendo da dificuldade de acesso e do volume de veículos desviados, a implantação de um novo semáforo se faz necessária para garantir o acesso com uma maior segurança e com menos atraso à demanda veicular. 3. AVALIAÇÃO DA ESTRATÉGIA DE REDUÇÃO DE ESTÁGIOS EM UM SEMÁFORO ESTUDO DE CASO NA CIDADE DE FORTALEZA Com o intuito de se avaliar os possíveis ganhos de desempenho a partir da redução da quantidade de estágios em um semáforo, após a verificação dos aspectos tratados na Seção 2, 2
a estratégia proposta inclui a realização de simulações da operação do tráfego com a utilização do simulador INTEGRATION. Essas simulações visam permitir a comparação do cenário atual do cruzamento (número atual de estágios) com o cenário modificado (redução do número de estágios), utilizando-se na avaliação as medidas de desempenho atraso veicular médio e tempo médio de viagem. Para a avaliação dessa estratégia foi realizado um estudo de caso em um cruzamento na cidade de Fortaleza (Av. Dr. Theberge e Av. Francisco Sá). A Figura 1 ilustra o cenário atual, onde a programação semafórica possui três estágios, apresentando a formação de grandes filas em todos os sentidos, principalmente nos horários de pico, gerando grandes atrasos e retenção de fluxo. 27 518 47 293 373 51 11 370 633 140 Obs: Dados de volume observados na hora de pico (7:00-8:00am) Figura 1: Cruzamento analisado e diagrama de estágios da situação atual. Através de coleta de dados em campo foi observado que a hora de pico no cruzamento corresponde ao horário 7:00 às 8:00 da manhã, com um volume total no cruzamento de 2450 veículos. Analisando os volumes por movimento, verificou-se que os maiores fluxos são os dos sentidos sul/norte da Av. Dr. Theberge e do sentido oeste/leste da Av. Francisco Sá. Avaliando-se as conversões à esquerda, percebe-se que o volume do sentido norte/leste da Av. Dr. Theberge é baixo, enquanto que a demanda do movimento de conversão sul-oeste é bastante considerável, com 293 veículos para a hora de pico. Com base nestas informações foi proposto o cenário apresentado na Figura 2, com a redução de um estágio, com os movimentos de conversão à esquerda da Av. Dr. Theberge sendo realizados através de laços de quadra. Para o processo de calibração do microssimulador a variável atraso médio veicular foi utilizada para comparar os resultados do simulador e os valores observados em campo, sendo encontrados erros percentuais médios relativamente baixos, inferiores a 10%. Figura 2: Cenário proposto avaliado 3
4. RESULTADOS E CONCLUSÕES Na Tabela 1estão apresentados os resultados da simulação do cenário atual e proposto para as medidas de desempenho utilizadas. Com base nos resultados, é possível perceber uma redução nos valores dos atrasos médios observados, proporcionando menores valores de atraso no cruzamento. Destaca-se a aproximação oeste do cruzamento, que teve uma redução do atraso de aproximadamente 40 segundos. Se considerada por sua vez a velocidade média estimada para cada aproximação do cruzamento nos dois cenários analisados, é observado um ganho para todas as aproximações, as quais passaram a imprimir velocidades médias maiores que 25 km/h. Tabela 1: Resultados da simulação do cenário atual x cenário proposto Aproximação Atraso Médio Veicular (s) Velocidade Média de Viagem (km/h) Atual Proposto Diferença Atual Proposto Diferença Norte 62,16 41,45-20,71 20,03 26,07 6,04 Sul 81,02 50,04-30,98 17,70 28,28 10,58 Leste 45,88 28,41-17,47 29,48 35,70 6,22 Oeste 74,32 33,05-41,27 16,51 29,20 12,69 Foi simulado ainda um cenário hipotético, considerando a realização do laço de quadra para a conversão a esquerda da aproximação sul através de via mais afastada do cruzamento, com um percurso total de 900 metros, a fim de verificar seu impacto nas medidas de desempenho. Foram levados em consideração para essa análise os indicadores atraso médio veicular e tempo médio de viagem das aproximações do cruzamento, cujos resultados estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Resultados da simulação do cenário atual x cenário hipotético (laço de quadra estendido) Aproximação Atraso Médio Veicular (s) Tempo Médio de Viagem (s) Cen. Atual Cen. Hipotético Diferença Cen. Atual Cen. Hipotético Diferença Norte 62,16 42,46-19,70 102,89 104,78-1,89 Sul 81,02 51,17-29,85 115,52 118,33-2,81 Leste 45,88 29,72-16,16 70,44 59,98 10,46 Oeste 74,32 34,67-40,05 103,50 64,05 39,45 Comparando os resultados obtidos é verificado que mesmo com o aumento da extensão do laço de quadra no cenário hipotético, uma redução significativa do atraso em todas as aproximações do semáforo permanece sendo observada para a situação em análise. Se considerada por sua vez a variável tempo de viagem, é possível perceber um pequeno aumento nas aproximações norte e sul, sendo estas mais impactadas pela nova configuração do laço de quadra proposta pelo cenário hipotético, em comparação ao cenário atual. Percebese também que na aproximação leste houve uma redução do tempo de viagem de 10s, enquanto que na aproximação oeste, que não teve alteração na extensão do laço de quadra, foi observada uma redução de quase 40s no tempo médio de viagem. Vale ressaltar que estes resultados dizem respeito são aplicáveis estritamente ao cruzamento analisado. Interseções com outras configurações, como por exemplo, com volumes de conversão à esquerda mais elevados irão gerar resultados diferentes, cabendo uma análise específica caso a caso. Neste sentido, o uso da ferramenta de simulação em revela útil por permitir ao tomador de decisão ter uma estimativa dos resultados gerados na fase de concepção de intervenções no sistema viário. 4