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IST / Licenciaturas Engª Civil & Engª Território – Mestrado em Transportes – Gestão de Tráfego Rodoviário

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RAMPAS DE ACESSO

AUTO-ESTRADAS

Análise da Capacidade e Nível de Serviçocom base na metodologia proposta pelo HCM 2000

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Auto-estradas - RAMPAS DE ACESSO Análise da capacidade e Nível de Serviço - HCM 2000

Podem distinguir-se três tipos de troços numa auto-estrada:

• 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

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Auto-estradas - 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 auto-estrada;

2.Secção central da rampa; e

3.Intersecções da rampa com a outra infra-estrutura, a qual poderátambém ser uma auto estrada, havendo nesse caso duas intersecções da rampa com AE.

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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 infra-estruturas que liga;

• Quando só tem uma pista, o efeito dos veículos pesados é maior; e

• Acomoda a fila que se pode formar na intersecção da rampa com a outra infra-estrutura.

Quadro 3.11 - Capacidade de Secções Centrais de Rampas

32001800< 30

35001900≥ 30 – 50

38002000< 50 – 65

41002100< 65 - 80

44002200> 80

Rampa com 2 pistas

Rampa com 1 pista

Capacidade (vl/h)Velocidade

Livre da Rampa

SFR (km/h)

NOTA: valores aproximados da capacidade da secção central da rampa e não da intersecção da rampa com a AE

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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 auto-estrada pelas pistas na aproximação à rampa

Figura 3.13 - Convenção de numeração das pistas

Pista 3

Pista 2

Pista 1

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Quadro 3.13 - Nível de Serviço em Áreas de Influência deRampas de Acesso consoante a sua densidade

FProcura > Capacidade

E> 22

D> 17 - 22

C> 12 – 17

B> 6 - 12

A≤ 6

Nível de ServiçoDensidade (vl/km/pista)

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Auto-estradas - RAMPAS DE ACESSO Metodologia:

A metodologia do HCM para avaliação do nível de serviço de rampas de acesso divide-se em três partes:

1. Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v12)

2. Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (e respectiva comparação) de:

i. Fluxo total que se aproxima da área de influência (vF)

ii. Fluxo total que se afasta da área de influência (vFO)

iii. Fluxo de entrada na área de influência da rampa (vR12 nas rampas de entrada e v12 nas rampas de saída)

iv. Fluxo na rampa (vR)

3. Cálculo da densidade na área de influência da rampa (DR) e respectivo nível de serviço

NOTAS:a) O fluxo equivalente calcula-se do mesmo modo que para as secções correntes e

usando-se os parâmetros - V, FPH, N, fHV e fp - adequados à rampa.

b) Nas AE de 2*3 pistas tem-se 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.

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Auto-estradas - RAMPAS DE ACESSO Metodologia:

RAMPA DE ENTRADA

RAMPA DESAÍDA

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AE - RAMPAS DE ACESSO Metodologia:

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Auto-estradas - RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE ENTRADA

1) Cálculo do fluxo equivalente de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2

v12 = vF × PFMem que

v12 = fluxo nas pistas 1 e 2 [vl/h]

vF = fluxo total que se aproxima da área de convergência [vl/h]

PFM = % do fluxo total que se aproxima da área de convergência presente nas pistas 1 e 2

(equação 4)PFM = 0,2178 – 0,000125 × vR + 0,05887 × LA/SFR2×4

pistas

(equação 1)(equação 2)(equação 3)

PFM = 0,5775 + 0,000092 × LAPFM = 0,7289 – 0,0000135 (vF + vR) – 0,002048 × SFR + 0,0002 × LupPFM = 0,5487 + 0,0801 × vD/Ldown

2×3 pistas

PFM = 1,0002×2 pistas

SFR = velocidade livre da rampa [km/h]Lup = distância à rampa adjacente a montante [m]Ldown = distância à rampa adjacente a jusante [m]

Quadro 3.14 - Factor de proporção do fluxo de aproximação nas pistas 1 e 2 em zonas de convergência

em que:vR = fluxo na rampa [vl/h]vD = fluxo na rampa adjacente a jusante [vl/h]LA = comprimento da via de aceleração [m]

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Quadro 3.15 - Equações usadas em rampas de entrada em AE 2×3 pistas

3, 2 ou 1SaídaSaída

2 ou 1EntradaSaída

3 ou 1SaídaEntrada

1EntradaEntrada

2 ou 1-Saída

1-Entrada

3 ou 1Saída-

1Entrada-

1-

Entrada

-

Equação(ões) utilizadas

Rampa a Jusante

Rampa em Estudo

Rampa a Montante

NOTAS:

As rampas de entrada adjacentes à rampa em estudo não influenciam o seu funcionamento, usando-se 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, usando-se por isso as equações 2 ou 3, respectivamente (ver slide seguinte)

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Assim, para RAMPAS DE SAÍDA A MONTANTE:

equação 1 ou equação 2 ⇒

LEQ = 0,0675 × (vF + vR) + 0,46 × LA + 10,24 × SFR – 757 [m]

e se Lup ≥ LEQ utiliza-se a equação 1.

E para RAMPAS DE SAÍDA A JUSANTE:

equação 1 ou equação 3 ⇒ LEQ = [m]AL0,0011490,3596

Dv

×+

e se Ldown ≥ LEQ utiliza-se a equação 1.

Quando existem rampas de saída a montante e a jusante e se se verificar que

Lup < LEQ e Ldown < LEQ, então utilizam-se as equações 2 e 3 e toma-se o maior valor

de PFM.

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2) Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (vR12 e vFO)

O fluxo total na área de influência da rampa de entrada (vR12) é composto pelo tráfego da AE que entra nas pistas 1 e 2 e pelo da rampa:

vR12 = v12 + vR

O fluxo total na secção a jusante da área de influência (vFO) é composto pelo tráfego que jácirculava na auto-estrada (vF) e pelo que entrou na rampa (vR):

vFO = vF + vR

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.

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2) Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (vR12 e vFO)

Quadro 3.16 - Valores da Capacidade da Área de Influência e da Secção a Jusante

vR12vFOComparar

com

46002250/pista90006750450090

46002300/pista920069004600100

46002350/pista940070504700110

46002400/pista960072004800120

> 4432

Número de Pistas (numa direcção)

Capacidade na Área de

Influência da Rampa [vl/h]

Capacidade na Secção de Jusante da RampaVelocidade Livre da AE

[km/h]

Se o fluxo total na área de influência (vR12) exceder a sua capacidade mas o fluxo a

jusante (vFO) não, espera-se que haja densidades pontuais grandes mas sem

congestionamento na AE e mantendo a estabilidade.

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3) cálculo da densidade na área de influência da rampa (DR) e respectivo nível de serviço

A densidade da zona de influência é calculada através da seguinte expressão:

DR = 3,402 + 0,00456 × vR + 0,0048 × v12 – 0,01278 × LA


E> 22

D> 17 - 22

C> 12 – 17

B> 6 - 12

A≤ 6



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Auto-estradas - RAMPAS DE ACESSO Metodologia: RAMPAS DE SAÍDA


O fluxo de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v12) inclui o fluxo de saída na rampa (vR), e é calculado na secção imediatamente a montante da pista de desaceleração.

Assim o fluxo v12 é composto pelos veículos que saem na rampa (vR) e por uma percentagem dos que circulam na auto-estrada:

v12 = vR + (vF – vR) × PFD

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)

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Quadro 3.17 - Factor de proporção do fluxo de aproximação nas pistas 1 e 2 em zonas de divergência

(equação 8)PFD = 0,4362×4 pistas

(equação 5)(equação 6)(equação 7)

PFD = 0,760 – 0,000025 × vF – 0,000046 × vR

PFD = 0,717 – 0,000039 × vF + 0,184 × vU/Lup

PFD = 0,616 + 0,000021 × vF + 0,038 × vD/Ldown

2×3 pistas

PFD = 1,0002×2 pistas

em que:PFD = proporção do fluxo total que se aproxima da área de divergência presente nas pistas 1 e 2vF = fluxo total que se aproxima da área de divergência [vl/h]vR = fluxo na rampa [vl/h]vU = fluxo na rampa adjacente a montante [vl/h]vD = fluxo na rampa adjacente a jusante [vl/h]Lup = distância à rampa adjacente a montante [m]Ldown = distância à rampa adjacente a jusante [m]

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Em auto-estradas 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

7 ou 5SaídaSaída

5EntradaSaída

7, 6 ou 5SaídaEntrada

6 ou 5EntradaEntrada

5-Saída

6 ou 5-Entrada

7 ou 5Saída-

5Entrada-

5-

Saída

-

Equação(ões) utilizadasRampa a JusanteRampa em

EstudoRampa a Montante

As rampas de saída a montante e as de entrada a jusante não influenciam o comportamento da rampa em estudo, usando-se 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.

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Para avaliar se as rampas adjacentes ainda têm efeito sobre a rampa em estudo (e nesse caso usar-se-ia as equações 6 ou 7) ou se já estão suficientemente afastadas para o seu efeito não ser significativo (usar-se-ia a equação 5), calcula-se a distância de equilíbrio LEQ, ou seja, a distância para a qual é indiferente a escolha de equações.

Quando a distância entre as rampas é superior ou igual a LEQ utiliza-se a equação 5; quando émenor utiliza-se a equação 6 ou 7, consoante o caso.

Assim, para rampas de entrada a montante:

equação 5 = equação 6 ⇒ LEQ = [m]

e se Lup ≥ LEQ utiliza-se a equação 5.

E, para rampas de saída a jusante:

equação 5 = equação 7 ⇒ LEQ = [m]

e se Ldown ≥ LEQ utiliza-se a equação 5.

Quando existem rampas de entrada a montante e de saída a jusante e se se verificar que Lup < LEQ e Ldown < LEQ, então utilizam-se as equações 6 e 7 e toma-se o maior valor de PFM.

RF

D

v0,00121v0,000113,79v

×−×−

RF

U

v0,00025v0,0000760,2337v

×−×+

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2) Cálculo dos fluxos equivalentes e das capacidades (v12 e vF)

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 (vF)

• O fluxo a jusante da rampa – na auto-estrada (vFO)

e na rampa (vR); e

• O fluxo de aproximação à rampa nas pistas 1 e 2 (v12).Quadro 3.19 - Valores da Capacidade da AE e da área de influência da rampa

v12vF (e vFO se for necessário)Comparar com

44002250/pista90006750450090

44002300/pista920069004600100

44002350/pista940070504700110

44002400/pista960072004800120

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Número de Pistas (numa direcção)

Capacidade na Área de

Influência da Rampa [vl/h]

Capacidade da AE (a montante e jusante da rampa)Velocidade

Livre da AE[km/h]

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3) Cálculo da densidade na área de influência da rampa (DR) e respectivo nível de serviço

A densidade da zona de influência é calculada através da seguinte expressão:

DR = 2,642 + 0,0053 × v12 – 0,0183 × LD

O nível de serviço da zona de divergência relaciona-se com a densidade da zona de influência como está no Quadro 3.13.


E> 22

D> 17 - 22

C> 12 – 17

B> 6 - 12

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Auto-estradas - 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 auto-estrada.

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

1000FRSAL

0,0041000v

e0,00390,321smR12

××−×+=

SR = SFF – (SFF – 67) × dSdS = 0,883 + 0,00009 × vR – 0,008 × SFRSaída

SR = SFF – (SFF – 67) × mSEntrada

SR [km/h]

Velocidade Média nas Pistas 1 e 2Parâmetro de Cálculo IntermédioTipo de

Rampa

Quadro 3.21 - Velocidades médias nas pistas adjacentes à área de influência da rampa

SO = 1,06 × SFF – 0,0062 × (vOA – 1000)≥ 1000

SO = 1,06 × SFF< 1000Saída

SO = SFF – 10,52 – 0,0058 × (vOA – 500)> 2300

SO = SFF – 0,0058 × (vOA – 500)500 – 2300

SO = SFF< 500

Entrada

SO [km/h]vOA [vl/h/pista]

Velocidade Média nas Pistas 3 e 4Fluxo Médio nas Pistas 3 e 4Tipo de Rampa

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Auto-estradas - 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: O

12FOA N

vvv

−=

Em que SR = velocidade média dos veículos na área de influência da rampa [km/h]SO = velocidade média dos veículos nas pistas adjacentes à área de influência da rampa [km/h]SFF = velocidade livre da auto-estrada na proximidade da área da rampa [km/h]SFR = velocidade livre da rampa [km/h]LA = comprimento da pista de aceleração [m]vR = fluxo na rampa [vl/h]vR12 = nas zonas de convergência, fluxo na rampa + fluxo nas pistas 1 e 2 [vl/h]vOA = fluxo médio por pista nas pistas 3 e 4 (quando estas existem) no início da área de influência da rampa [vl/h]vF = fluxo total de aproximação na auto-estrada [vl/h]v12 = fluxo de aproximação à área de influência [vl/h]NO = número de pistas adjacentes à área de influência (não inclui as pistas 1 e 2 nem pistas de aceleração ou de desaceleração)mS = parâmetro de cálculo intermédio para a velocidade SR em zonas de convergênciadS = parâmetro de cálculo intermédio para a velocidade SR 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 auto-estrada durante os 450 m:

×+

×+

=

O

OOA

R

R12

OOAR12

SNv

Sv

NvvS

Para áreas de convergência [km/h]:

×+

×+=

O

OOA

R

12

OOA12

SNv

Sv

NvvS

Para áreas de divergência [km/h]:

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