RAMPAS DE ACESSO AUTOESTRADAS Análise da Capacidade e Nível de Serviço com base na metodologia proposta pelo HCM 2000 1 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Análise da capacidade e Nível de Serviço HCM 2000 Podem distinguirse três tipos de troços numa autoestrada: 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 1
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 autoestrada; 2.Secção central da rampa; e 3.Intersecções da rampa com a outra infraestrutura, a qual poderá também ser uma auto estrada, havendo nesse caso duas intersecções da rampa com AE. 3 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 infraestruturas que liga; Quando só tem uma pista, o efeito dos veículos pesados é maior; e Quadro 3.11 Capacidade de Secções Centrais de Rampas Velocidade Livre da Rampa S FR (km/h > 80 < 65 80 < 50 65 30 50 < 30 Capacidade (vl/h Rampa com 1 pista 2200 2100 2000 1900 1800 Rampa com 2 pistas 4400 4100 3800 3500 3200 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 infraestrutura. 4 2
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Principais Conceitos: Figura 3.12 Rampas de Acesso a uma AE Figura 3.13 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 autoestrada pelas pistas na aproximação à rampa 5 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Principais Conceitos: 6 3
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Principais Conceitos: Quadro 3.13 Nível de Serviço em Áreas de Influência de Rampas de Acesso consoante a sua densidade Densidade (vl/km/pista 6 > 6 12 > 12 17 > 17 22 > 22 Procura > Capacidade Nível de Serviço A B C D E F 7 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: A metodologia do HCM para avaliação do nível de serviço de rampas de acesso dividese 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 calculase do mesmo modo que para as secções correntes e usandose os parâmetros V, FPH, N, f HV e f p adequados à rampa. b Nas AE de 2*3 pistas temse 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 4
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPA DE ENTRADA RAMPA DE SAÍDA 9 AE RAMPAS DE ACESSO Metodologia: 10 5
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA 1 Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 em que v 12 = v F P FM 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 3.14 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 = 0,5775 + 0,000092 L A P FM = 0,7289 0,0000135 (v F + v R 0,002048 S FR + 0,0002 L up P FM = 0,5487 + 0,0801 v D /L down (equação 1 (equação 2 (equação 3 2 4 pistas P FM = 0,2178 0,000125 v R + 0,05887 L A /S FR (equação 4 em que: v R = fluxo na rampa [vl/h] S FR = velocidade livre da rampa [km/h] v D = fluxo na rampa adjacente a jusante [vl/h] L up = distância à rampa adjacente a montante [m] L A = comprimento da via de aceleração [m] L down = distância à rampa adjacente a jusante [m] 11 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA NOTAS: Quadro 3.15 Equações usadas em rampas de entrada em AE 2 3 pistas Rampa a Montante Rampa em Estudo Rampa a Jusante Equação(ões utilizadas 1 1 3 ou 1 1 2 ou 1 1 3 ou 1 2 ou 1 3, 2 ou 1 As rampas de entrada adjacentes à rampa em estudo não influenciam o seu funcionamento, usandose 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, usandose por isso as equações 2 ou 3, respectivamente (ver slide seguinte 12 6
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 utilizase a equação 1. E para RAMPAS DE SAÍDA A JUSANTE: v D equação 1 ou equação 3 L EQ = [m] 0,3596 + 0,001149 L A e se L down L EQ utilizase 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 utilizamse as equações 2 e 3 e tomase o maior valor de P FM. 13 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 autoestrada (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 3.16. 14 7
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA 2 Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (v R12 e v FO Quadro 3.16 Valores da Capacidade da Área de Influência e da Secção a Jusante Velocidade Livre da AE [km/h] 120 110 100 90 Comparar com Capacidade na Secção de Jusante da Rampa 2 4800 4700 4600 4500 Número de Pistas (numa direcção 3 7200 7050 6900 6750 v FO 4 9600 9400 9200 9000 > 4 2400/pista 2350/pista 2300/pista 2250/pista Capacidade na Área de Influência da Rampa [vl/h] 4600 4600 4600 4600 Se o fluxo total na área de influência (v R12 exceder a sua capacidade mas o fluxo a jusante (v FO não, esperase que haja densidades pontuais grandes mas sem congestionamento na AE e mantendo a estabilidade. v R12 15 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 = 3,402 + 0,00456 v R + 0,0048 v 12 0,01278 L A Quadro 3.13 Nível de Serviço em Áreas de Influência de Rampas de Acesso consoante a sua densidade Densidade (vl/km/pista 6 > 6 12 > 12 17 > 17 22 > 22 Procura > Capacidade Nível de Serviço A B C D E F 16 8
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 autoestrada: 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 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 1 Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 em que: Quadro 3.17 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 0,000025 v F 0,000046 v R P FD = 0,717 0,000039 v F + 0,184 v U /L up P FD = 0,616 + 0,000021 v F + 0,038 v D /L down P FD = 0,436 (equação 5 (equação 6 (equação 7 (equação 8 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 9
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA 1 Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 Em autoestradas de 2 3 pistas a equação a utilizar (5, 6 ou 7 depende do efeito de rampas adjacentes, como é referido no Quadro 3.18. Quadro 3.18 Equações usadas em rampas de saída em AE 2 3 pistas Rampa a Montante Rampa em Estudo Rampa a Jusante Equação(ões utilizadas 5 5 7 ou 5 6 ou 5 5 6 ou 5 7, 6 ou 5 5 7 ou 5 As rampas de saída a montante e as de entrada a jusante não influenciam o comportamento da rampa em estudo, usandose 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 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 usarseia as equações 6 ou 7 ou se já estão suficientemente afastadas para o seu efeito não ser significativo (usarseia a equação 5, calculase 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 utilizase a equação 5; quando é menor utilizase a equação 6 ou 7, consoante o caso. Assim, para rampas de entrada a montante: vu equação 5 = equação 6 L EQ = 0,2337 + 0,000076 v 0,00025 v e se L up L EQ utilizase a equação 5. E, para rampas de saída a jusante: vd equação 5 = equação 7 L EQ = 3,79 0,00011 v e se L down L EQ utilizase a equação 5. F F 0,00121 vr R [m] [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 utilizamse as equações 6 e 7 e tomase o maior valor de PFM. 20 10
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 autoestrada (v FO e na rampa (v R ; e O fluxo de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v 12. Quadro 3.19 Valores da Capacidade da AE e da área de influência da rampa Velocidade Livre da AE [km/h] 120 110 100 90 Comparar com Capacidade da AE (a montante e jusante da rampa 2 4800 4700 4600 4500 Número de Pistas (numa direcção 3 7200 7050 6900 6750 9400 9200 9000 v F (e v FO se for necessário 4 9600 > 4 2400/pista 2350/pista 2300/pista 2250/pista Capacidade na Área de Influência da Rampa [vl/h] 4400 4400 4400 4400 v 12 21 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 = 2,642 + 0,0053 v 12 0,0183 L D O nível de serviço da zona de divergência relacionase com a densidade da zona de influência como está no Quadro 3.13. Quadro 3.13 Nível de Serviço em Áreas de Influência de Rampas de Acesso consoante a sua densidade Densidade (vl/km/pista 6 > 6 12 > 12 17 > 17 22 > 22 Procura > Capacidade Nível de Serviço A B C D E F 22 11
Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 autoestrada. 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 3.20 Velocidades Médias na área de influência da rampa Tipo de Rampa Parâmetro de Cálculo Intermédio vr12 1000 0,004 LA 0,321 0,0039 e SFR ms = + 1000 d S = 0,883 + 0,00009 v R 0,008 S FR Quadro 3.21 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] < 500 500 2300 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 < 1000 1000 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 Autoestradas RAMPAS DE ACESSO 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 autoestrada 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 autoestrada [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 autoestrada durante os 450 m: Para áreas de convergência [km/h]: v S = v S R12 R12 R + v OA N O + v OA N SO O Para áreas de divergência [km/h]: O 12 v12 + voa NO S = v12 voa NO + SR SO 24 12