engenharia de trÁfego - princípios básicos

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos

3. FLUXO CONTÍNUO - MÉTODOS DE ANÁLISE

Eng.Hugo Pietrantonio, Prof.Dr.LEMT/PTR-EPUSP, ADDENDUM

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo

ELEMENTOS QUE OPERAM EM FLUXO CONTÍN

UO

CONTROLE DE TRÁFEGO EM FLUXO CONTÍNU

O

SEGMENTOS BÁSICOS

SEGMENTOS DE ENTRELAÇAMENTO

SEGMENTOS DE LIGAÇÃO

CORREDORES EXPRESSOS

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo: Elementos ...

condições operacionais determinadas somente por fatores "internos" à corrente de tráfego (correntes de tráfego sem fluxos conflitantes ou que podem resolver conflitos em percurso, sem parar para dar prioridade).


Segmentos Especiais: área de influência de Seções de Entrelaçamento;área de influência de Ligações Expressas (ramais de acesso/egresso)

também chamada de rampas (usualmente ocorre em interconexões).

Segmentos Básicos: trechos entre as AI's (áreas de influência)mudança de relevo (se i>3% e L>0,4km ou i< 3% mas L>0,8km)mudança de geometria (seção transversal)

Sistemas Expressos: condições de acesso/egresso controladas, ausência de interseções em nível, separação entre os sentidos de tráfego

Outros Casos:

- - Rodovias de múltiplas faixas;

- - Rodovias com pista simples;

- - Rotatórias de grande diâmetro;

- - Pedestres em calçada.


Conflitos entre correntes de tráfego em fluxo contínuo:

devem ser resolvidos com manobras de mudança de faixa, com velocidades próximas às de operação dos segmentos básicos

P[mudança de faixa]=P[conflito na faixa].P[oportunidade de mudança]

conflitos na faixa: mudança de via adiante, veículo lento adiante, ...

oportunidade de mudança: brecha adequada na corrente lateral ...durante o percurso paralelo à linha divisória dos fluxostempo disponível é função da velocidade praticada !


Tipos de conflitos em fluxo contínuo:

incorporação

separação

entrelaçamento

ultrapassagem

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo: Controle ...

princípio básico:

controle de demanda e atendimento a incidentes para impedir que as condições de fluxo cheguem ao regime

saturado (perda de capacidade,baixas velocidades e maior

tempo de permanência dos veículos nas vias).

um princípio mais conservativo seria evitar a operação próxima da

instabilidade de regime e garantir a segurança de tráfego

(em função de condições ambientais específicas e ocorrência de

incidentes que geram diferenciais de velocidade)

margem disponível é pequena: 5% a 15% de perda de capacidade !


objetivos:

- minimizar tempo total de viagens dos usuários(via expressa, acessos, ... )

- maximizar viagens ou volumes de tráfego escoados no período de análise (pico);

- reduzir impacto de incidentes (maior regularidade), menores problemas de segurança (velocidade), custos sociais (consumo de combustível, emissão de poluentes, de acidentes, ...)

restrições:

- capacidade de tráfego nos segmentos (gargalos)

- filas máximas admissíveis nos acessos

- regras de controle (aceitação e entendimento pelos usuários,características dos equipamentos, ...)


formas de controle:- controle de demanda em acessos (semáforos), - sinalização de controle de velocidade (PM Variáveis)- atendimento a incidentes (SAI ...) sistemas de regulação de acesso (ramp metering): controle dos fluxos que

podem entrar na via expressa em cada ligação de acesso através de semáforos intermitentes

EUA: Go/No, com 1 a 2 veículos por verde (ciclo<20 seg.); Europa/Japão: tempo de verde de 10 a 25 seg. (ciclo<40 seg.)

sistemas de regulação de fluxo (mainline metering): controle de fluxo em trechos das próprias vias expressas (desde limitação de velocidade até parada do tráfego) pouco aceito pelos usuários !

sistemas de atendimento a incidentes: equipamentos, equipes e métodos para detecção de incidentes (postos, rondas, CFTV, usuários), comunicação (rádio, telefone móvel), mobilização (postos, viaturas, acessos, retornos) e remoção (atendimento a vítimas, socorro mecânico, desobstrução e limpeza, normalização) de incidentes.


REGULAÇÃO DE ACESSO ÀS VIAS EXPRESSAS

forma de controle principal (aceitação pelos usuários)

Modos de regulação: local X global (coordenada)fixa (pré-programada) X atuada (pelo tráfego)

Formas de controle local:

é a capacidade

do gargalo adiante !

estratégias de controle local, em geral, tratam os ramais isoladamente (embora existam experiências em que as informações de detetores de ramais adjacentes são também consideradas e requisições para diminuição de fluxo em ramais anteriores podem ser enviadas).

Cout


lógica local, de tempo fixo: (com volumes médios normais)

programação pré-determinada por hora do dia, dia da semana

, onde é o fluxo de saturação no acesso é o tempo de verde para o ramal é o tempo de ciclo do semáforo

( é o tempo morto devido à perda de eficiência no início/término do movimento durante o tempo de verde, sem amarelo, em cada ciclo)

pode-se selecionar o menor tempo de ciclo viável ou o valor consistente

com o esquema de operação Go/No com 1 ou 2 veículos por verde.

o tempo de ciclo máximo corresponde a garantir a aceitação dos usuários (que podem impacientar-se ou supor defeito no equipamento) e determina o fluxo mínimo no acesso.

VER EXERCÍCIO RAMAL CONTROLADO *

q C qR out in

gq

StR

R

Rc . SR

gR

t c


lógicas locais, atuadas pelo tráfego:

utiliza informações, coletadas em tempo real através de detetores

q: fluxo de tráfego (ou volume de tráfego)w: ocupância (% do tempo com veículo nos detetores)

tem-se , portanto

(saturado ou não)

(equivalente ao diagrama fundamental q x K) .

é a ocupância que corresponde à capacidade

K f w q f K q f w

w*


tipos de estratégias de controle atuado- controle antecipado (feed-forward): usual (EUA)

medido por detetores (ou ) e como pode ocorrer em regime saturado ou não, tem-se

onde em geral é a ocupância correspondente à operação

com capacidade (limite da operação não saturada)pode-se melhorar o controle verificando (2 detetores)

- controle com realimentação (feed-back): mais recentesALINEA: idéia: preservar (adiante, onde em geral) : parâmetro de controle ( ) rapidez de ajuste !

(estas estratégias em geral são consideradas mais robustas)

q in q f win in q C qR in

qC q w

q wR

in in C

min C

, w

, w in

se

sewC

w*

w wout C

q t q t w w tR R R o out 1 . *

w wout o * w wo C* R 70v h/


Formas de controle coordenado:

: fluxo na ligação de acesso i (variável de controle)

interdependência: contribui para , que limita , ...

em geral, não há controle ou restrições sobre os volumes de saída(pode não haver ligação alguma de egresso entre duas ligaçõesde acesso consecutivas ou então uma ou mais, que geram restrições para os volumes nos gargalos

intermediários).

a aplicação em redes de vias expressas segue os mesmos princípios e os resultados obtidos podem ser também utilizados para definir parâmetros de esquemas de controle local atuado (como ).

qA i,

qA i, q i qA i, 1

q qi i, ,...

wC


lógica global, de tempo fixo: com volumes médios normaisprogramação pré-determinada por hora do dia, dia da semanaconsiderando períodos independentes ou não (dinâmica)utiliza alguma lógica de otimização de desempenho do sistema !

sistemas dinâmicos de controle de acesso em tempo real:

os sistemas dinâmicos de controle de tráfego em vias expressas mais promissores (capazes de evitar congestionamentos e reduzir de

os tempos de viagem em até 10%) ainda são experimentais.

em geral, são formuladas estratégias de otimização seqüencial: , onde é o tempo total

de viagem para o período k previsto pelo modelo de simulação de tráfego a partir das variáveis operacionais (medições e previsões) obtidas nos sub-períodos anteriores .

min T k S k S kq kAi

/ , ,... 1 2 /...T k

S k 1 ,...


exemplo: maximização do volume processado (Hanshim/Japão) em veículos ou veículo.quilômetros

com (veículo) ou (vkm)onde é o volume correspondente ao fluxo determinado

na ligação de acesso i no período Tsujeito às restrições dos gargalos de tráfego para cada segmento k

é o volume correspondente ao fluxo no início da via, é a proporção do fluxo i (inclui i=0) que segue até o segmento k e

é o volume que pode ser escoado no segmento k.e restrições relacionadas com as demandas e filas nos acessos e , são a fila no acesso i no início e final do período (iterativo),

é a fila máxima que pode ser armazenada no acesso i e é o volume correspondente à demanda no acesso i (dada).

VER EXERCÍCIO EXPRESSA CONTROLADA *

max XX i ii

i . i 1 i i

X q Ti A i , .

0 0k ik ii

kX X Z. . X q T0 0 . ik

Z C Tk k .

0 X n Yi i i n n Y X ni i i i max i,

n i n inmax i,

Y Q Ti i .

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo ...

Segmentos de

Básicos

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo: Seg.Básicos ...

Segmentos básicos: cada trecho homogêneo não afetados por outras correntes de tráfego ou interrupções, sem entradas ou saídas de fluxos.

expressos: controle total de acesso, ausência de interseções em nível, separação dos sentidos de direção.

comuns: acessos em interseções em nível, abertura dos canteiros,entradas de lotes, mas ausência de semáforos (espaçamentos superiores a 3,2 km) e de interferências de estacionamentos na

via, paradas de coletivos e movimentos de pedestres.

rodovias de múltiplas faixas: -com canteiros-sem canteiros

rodovias de pistas simples: -2faixas/2direções-3 faixas/2 direções


Métodos de análise: curva de desempenho=f[fatores afetam a operação]condições básicas condições reais condições reaiscomposição ideal composição ideal composição real

básica ideal (veq/h) básica real (veq/h) misto, real (v/h)fatores de ajuste fator de composição de capacidade de tráfego

em princípio, seria necessário conhecer todos os parâmetros da função de desempenho e para cada um dos dois regimes (fluxo normal e forçado).

para cada tipo de curva, os parâmetros de maior interesse são a velocidade de fluxo livre e a capacidade de tráfego (com os mesmos parâmetros, a função de desempenho ainda pode ser diferente).


Fatores e condições básicas (ideais): para vias expressas

-- largura de faixa: mínima de 3,60m (12ft);

-- desobstrução lateral: mínima de 1,80m (6ft); especialmente à direita;(canteiros não são obstruções se h < 0,20 a 0,30m).

-- padrão de projeto ou velocidade de fluxo livre: V=112km/h (70 mph)rampas máximas: 3-5 %; raios mínimos: 500 - 600m;

pavimento, ...

-- tipo de traçado: em nível ( i < 1 a 2% );trecho reto (R > 1000 a 2000m)

-- tráfego composto apenas por automóveis, usuário habitual, dias úteis

-- para vias comuns: múltiplas faixas, não expressaacessos espaçados: <6 acessos/km (10/mi)pistas divididas por canteiros (largura > 0,60 m )distante de interseções e sem impedimentos adiante

-- para pistas simples: 2 faixas ou 3 faixasambos os sentidos: composição direcional 50%-50%ultrapassagem permitida em 100% (visibilidade > 450m)

-- em todos os contextos, ausência de fatores climáticos adversos.


Capacidade básica ideal: para vias expressas e múltiplas faixas

(N= nº de faixas do sentido)

onde: até 2200-2500 veq/h.fx foram observados

(os valores adotados vão até 1900-2400 veq/h.fx)

Capacidade real: para vias expressas e múltiplas faixas

(N= nº de faixas do sentido)

- - condições reais: ajuste por características específicas da via (largura, ...)representa o efeito de restrições geométricas da seção e trecho

- - composição de tráfego: porcentagem/fator equivalente de cada tipo veículo

- - fatores ambientais: reduzem capacidade até 10 a 20% (chuva de 8 a 4%) luminosidade/pavimento em geral afetam velocidade, não capacidade!

C = c .N~

p

~

f

f

~

c

~ ~C = c . Nr f


Fator equivalente: para vias expressas e múltiplas faixas efeito do greide (declive ou aclive) da via

e da porcentagem de veículos pesados.

- - Hipótese Básica: usualmente admite-se eA = 1 (autos), sempre

Veículos pesados: eVP função da relação peso/potência típicada rampa i (aclive ou declive)da extensão L do trecho,

(fatores que determinam a perda de velocidade para veículos pesados)

= composição de tráfego: veículos:

A=autos, C=caminhões, O=ônibus...(composição do

tráfego: )como usualmente eA=1,0 sempre,

fVPOOCCAA epepep

1

OCA p,p,p

).(ep).(epf

OOCCVP 111

1


Fluxo de serviço: fluxo máximo para cada Nível de Serviço (“capacidade”)(capacidade de tráfego não depende do Nível de Serviço)

Medida de eficácia: é usualmente a densidade de tráfego (em vp/km.fx) em segmentos básicos de via expressa e de múltiplas faixas (mais sensível que a velocidade às condições de

operação,especialmente a liberdade de manobra, ...)

- condições básicas ideais:

- condições reais: em veq/h, em v/h

corresponde aos valores de ou que limitam cada nível de serviço no diagrama fundamental.

é o nível de serviço que vigora para K< (> )ou <

(pode ser o mesmo, em condições básicas e condições reais)

~ ~VS =q

CCnp

max

n

max

p

VSn

max

n

max

r

~

=q

CC~

VS =

q

CCn

max

n

max

q

C

n

max

~Kn Kn

NSn K n K n 1q

Cq

C

n

max

> q

C

n 1

máx

tambem


Operação nos Níveis de Serviço:


Comentários sobre Procedimentos Existentes:

- métodos mais utilizados são do U.S.Highway Capacity Manual (2010, 1997)

. ênfase tradicional na avaliação da capacidade e atualmente tb da operação

. diferencia vias expressas e vias comuns (além de vias de pista simples)

. critério de NS (medida de eficácia) é a densidade (depois velocidade)

(porcentagem de atraso em pelotão, depois velocidade, para pista simples)

. ajustes para largura de faixa, obstrução lateral, tipo de usuário

número de faixas, densidade de interconexões para vias expressas

existência de canteiros, densidade de acessos para vias comuns

(também composição direcional e visibilidade restrita para pista simples)

. efeito de rampas (ascendente/descendente) sobre o equivalente dos VP

. valores de equivalentes baseados na densidade (antes capacidade)

não deveria ser usado para demanda (tb utilização discutível no Brasil)


- HCM/85 (tradicional): curvas nas condições básicas apenasinteração entre largura e obstruções lateraispadrão geométrico baseado na velocidade de projetogeometria restringe NS na via (não apenas densidade)

(HCM/94: transição entre o HCM/85 e HCM/97, com revisão parcial)

-- HCM/97: procedimentos novos para vias expressas e rodoviaspadrão da via baseado na velocidade de fluxo livre (VFL)curva básicas (autos) para condições reais (função de VFL)em ambos: geometria não restringe NS (apenas densidade)

equivalentes tabelados para rampas descendentes(HCM2000: metodologia para análise integrada de sistemas expressos)

procedimento básico mantido no HCM2010 (versão atual) ...

-- alternativa principal ao U.S.HCM é o U.K. DMRB, vol.12/13 (ou U.K.COBA9)

. fornece diretamente as curvas para condições e tráfego reais

. influências principais: tipo de via e veículos pesados

. curvas com perfil típico simplificados (4 regimes)

VER RESUMOS SEGMENTOS BÁSICOS


Segmentos de

Entrelaçamento

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo: Seg.Entrelaçamento ...

Segmentos de Entrelaçamento: cruzamento com manobras de mudança de faixa (mesma direção geral e trecho extenso) sem auxílio de dispositivos de controle de tráfego.

convergência seguida de divergência com operação conjunta (L<750m)

caso contrário segregação de entrada e saídaFluxos não entrelaçantes A-C,B-DFluxos entrelaçantes A-D,B-C

tipos de segmentos de entrelaçamento:

simplesmúltiplos (composição)

qw :qn :

q q qw w w 1 2 ( )1= maior; 2 = menor


Análise na seção de entrelaçamento: comparação do NS com e sem efeito do entrelaçamento (turbulência efeito na velocidade; pode ser representado por um fator equivalente)

Dados básicos: distribuição dos fluxos por faixa na entradados fluxos por faixa na saída

brecha aceita na incorporação à faixa lateral

distância disponível para negociar mudança de faixa (L)

velocidade normal praticada no trecho (t= L/V)

Medida de eficácia: em seções de entrelaçamento pode ser usada diretamente a velocidade de operação (ou a densidade de tráfego ...).


Tipos de configuração: introduzido no HCM/85 (HCM/97, 2000; 2010 não)

função do nº de mudanças de faixa para entrelaçar identifica: fluxos entrelaçantes diretos (sem mudança de faixa)

fluxos entrelaçantes com mínimo de 1 mudança de faixa

fluxos entrelaçantes com mínimo de 2 mudanças de faixa


Comentários sobre Procedimentos Existentes:- - métodos mais utilizados também são do U.S.HCM (2010 ou 85 e similares)

HCM2010: novo procedimento (ainda pouco avaliado)(HCM2000 apenas revisou parâmetros dos modelos de previsão de 85)

. conceito de tipo de configuração no HCM2010: implícito (mudança de faixa) (conceito explícito no HCM85, 97 e 2000 ...), ambos insuficientes ...

. conceito de operação restringida abandonado no HCM2010 (pior ...)(importância: prevê condição de tráfego segregado no entrelaçamento;limitação atual: não relacionam conceito com capacidade entrelaçante!)

. critério de NS é velocidade (entrelaçante e não entrelaçante)

. previsão de velocidade baseado em equações empíricas (novas: HCM2010)

. utiliza conceitos de fluxo básico (equivalente em condições básicas)

. conceito de capacidade recebe maior atenção no HCM2010 e 2000mas ainda é baseado em dados empíricos sem base teórica adequada

. exemplo de análise com tráfego misto, no que se refere a tipos de manobra(mostra como dispensar o conceito de fator equivalente ...)


- - método simples do HCM/65 ainda é usado para projeto

. baseado em um fator equivalente para fluxo entrelaçante

(revisão da capacidade do segmento básico)

. não considera o efeito do tipo de configuração sobre a capacidade

- - método do U.K.DoT é semelhante ao do U.S.HCM/65

- - todos os métodos citados tem pouca relação com aspectos teóricos

- - método aproximado de Fazio usa distribuição do fluxo por faixa

- - a previsão da velocidade (real) permite harmonizar segmentos

- - falta a análise de conflitos de tráfego e potencial de acidentes

VER RESUMOS SEÇÕES DE ENTRELAÇAMENTO


Segmentos

de Ligação

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo: Seg.Ligação ...

Segmentos de Ligação: via de ligação com velocidade compatível com a via principal (em geral expressa) e possibilidade de incorporação ou separação com manobras de mudança de faixa. (Ramais ou Rampas)

características usuais: junção oblíquafaixas de aceleração, de desaceleraçãoafeta a faixa lateral e toda a via.

acesso: convergência com via principal (expressa)incorporação afeta 150m antes e 750m depois

egresso : divergência da via principal (expressa) separação afeta 750m antes e 150m depois

efeito na via principal: turbulência (mudanças de faixa e velocidade ...)- - redução no nível de serviço (capacidade)- saturação: acesso=convergência alternada; egresso=% total- - afeta especialmente as faixas laterais: 1 à direita, n à esquerda


Análise na via principal: comparação do NS com e sem o efeito da ligação expressa (turbulência velocidade ou

equivalente).

Análise nos ramais expressos: avaliação da velocidade compatível com realização da manobra e a capacidade disponível (eventual parada)

. (função da existência de brechas no fluxo principal)

Dados básicos: distribuição do fluxo entre faixas na via principal análise em conjunto com ligação precedente diferença de velocidade e distância para manobra brecha necessária e tempo disponível (existência de faixa de aceleração/desaceleração)

Medida de eficácia: em seções de entrelaçamento pode ser usada diretamente a velocidade de operação (ou a densidade de tráfego ...)


Comentários sobre Procedimentos Existentes:

-- métodos mais utilizados são também os do U.S.HCM 2010

. tem poucos critérios adicionais, especialmente para os ramais

. melhor análise da operação, com método similar a entrelaçamentos

. análise enfoca principalmente o efeito na via expressa;

. critério de NS é a densidade (depois velocidade);

. previsão de densidade e velocidade com equações empíricas;

. utiliza conceito fluxo básico (fluxo equivalente em condições básicas);

. considera interação de ligações adjacentes, faixas auxiliares, ...

. analisa as faixas laterais ao ramal de ligação e tb as demais faixas

. permite definir um conceito de capacidade similar a entrelaçamentos

. conceito de capacidade na ligação recebe atenção secundária.

-- HCM/97: tb semelhante à análise de seções de entrelaçamento

. analisa apenas as faixas laterais ao ramal de ligação (1 e 2 ou n, n-1)


-- HCM/85: NS baseado no volume da faixa lateral (1 ou n)

. fluxos de serviço e capacidade para ligação expressa;

. equações de volume lateral baseado em equações empíricas;

. correção devido ao fluxo de pesados na faixa lateral.

-- método aproximado do HCM/85 usa distribuição do fluxo por faixa;

- - método do U.K.DoT é empírico e mais genérico;

- - todos os métodos citados tem pouca relação com aspectos teóricos

-- a previsão da velocidade (real) permite harmonizar segmentos;

-- falta análise de conflitos de tráfego e potencial de acidentes.

VER RESUMOS LIGAÇÕES EXPRESSAS


Corredores

Expressos

ENGENHARIA DE TRÁFEGO- Princípios Básicos3. Fluxo Contínuo: Corredores ...

Análise de Sistemas em Fluxo Contínuo: Corredores Expressos (ou Rodoviários)

Gestão Estrutural: Balanceamento Demanda X Capacidadeanálise de gargalos

operacionais

Harmonização: do nível de serviço (cada tipo de segmento)da velocidade de operação (segurança, ...)

Gestão operacional: Remoção de incidentes e obstáculos ao tráfegocontrole da demanda (via,

acessos, ...)

Incidentes: redução temporária da capacidade (maior saturação)frequência relevante (USA: 0,196 a 0,304 por km.dia)


Modelos de Simulação: demanda X fluxo, análise do efeito dos gargalos …

simulação macroscópica X microscópica …

análise integrada

dos segmentos

(métodos manuais

ou computacionais)

Seções: trechos entre pontos de entrada/saída de fluxo.trechos com características físicas homogêneas …

Segmentos: área de influência de Seções de Entrelaçamento.área de influência de Ligações Expressas (rampas)

Básicos: trechos entre as AI's (áreas de influência)mudanças de relevo (0,4km > 3% , 0,8km < 3%)mudanças de geometria (seção transversal)


Comentários sobre os procedimentos existentes:

-- procedimentos podem permitir análise consistente de segmentos expressos;

. HCM2010/2000: inclui processo manual e recomenda modelos de simulação

. avaliam as condições de operação básicas (reais);

. compatíveis com modelos macroscópicos (fluxo de tráfego);

. as equações de desempenho são empíricas (formas complexas);

. não incorporam fatores importantes (como as brechas e velocidades);

. não analisam adequadamente a interação entre tipos de fluxos;

. não analisam adequadamente a distribuição dos fluxos por faixa;

. muitas das limitações são intrínsecas ao estágio teórico atual.

-- ambos os procedimentos para segmentos com seções de entrelaçamento ou

ligações expressas tem relação apenas indireta com a análise teórica (resultados pouco confiáveis; difícil calibrar parâmetros dos modelos)


-- os procedimentos não analisam a transição da operação entre segmentos;

-- os procedimentos não tratam a aleatoriedade (efeito nas equações apenas);

-- não há recomendações para operação dos sistemas expressos:

. métodos para projetar sistemas de operação e controle de acesso;

. métodos para programação de sistemas de controle de acesso;

. outras formas de otimizar o desempenho de sistemas expressos.

-- faltam informações mais precisas sobre efeitos dos gargalos.

VER EXERCÍCIO BALANCEMENTO II *

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