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Tec Transp 117 124

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3.9Os sistemasde controledo tráfegorodoviário
deformatalquecadacorrentesejaconstituídadeveículoscommovimentostão
semelhantesquantopossível.
Osfluxosdeveículosrodoviáriossãocanalizados:numaviacompistadupla,os
veículosqueviajamnumamesmadireçãosãoseparadosdosqueviajamnadireção
oposta;numavia compistasimplese mãodupla,os veículosdevemmanter-seà
direitadavia. No transporteaéreo,o sistemadeaeroviasbaseia-senacanalização
dosfluxos,pormeiodoestabelecimentodeníveisdevôoemaltitudesdiferentes.A
canalizaçãotambéméusadaparasepararfluxosdetiposdiferentes,paraaumentar
asegurança,comoéocasodascalçadasqueseparamospedestresdosautomóveis
edasciclovias,queseparamasbicicletasdospedestrese automóveis.
Umaoutraformadecontrolemuitocomumé o estabelecimentode limitesde
velocidade,quepodemserinstituídosemfunçãodelimitaçõesgeométricasdavia
ou de limitaçõestecnológicasdosveículos.Limitesdevelocidade,contudo,são
tambémimpostosquandonãoé possívelsegregarfluxosdistintosemcanais,ao
mesmotempoemqueé precisoestabelecerumaformade compatibilizaro uso
segurodetrajetóriascomuns.Decorremdaíos limitesdevelocidadeemrodovias
urbanaserurais,oslimitesdevelocidadedeoperaçãodeaeronavesnaaproximação
daspistasdepousoe decolageme os limitesdevelocidadeparaembarcaçõesem
locaisdeforteconcentraçãodetráfego.
As tabelasdehoráriosãoutilizadasparafazercomqueosveículossecruzeln
apenasemlocaispré-detenninados,evitandoacidentes.Nos primórdiosdotrans-
porteferroviário,astabelasdehorárioeramusadasparaorganizaro fluxodetrens
em linhascom tráfegonasduasdireções.Os fusoshoráriosforamcriadoscom
basenapropostade umengenheiroferrovi,írio,SanfordF1eming,queprocurava
umaformade uniformizaros horáriosde uma!"erroviacanadenseque ligavao
Atlânticoao Pacífico. Ainda hoje,diversossistemasde transportesãobaseados
emtabelasdehorário,comoporexemplo,o sistemadetransportedepassageiros
porônibus,o transporteaéreoregular.elc.
3.9 Os sistemas de controle do tráfego rodoviário
No transporteferroviárioe no transporteaérco,há um rígidocontrolesobreas
trajetóriasdos veículos,que sãoestahelccidaspelavia (no casodos trens)ou
monitoradaspor sistemasde radares,comono casodos aviões. No transporte
rodoviário,ficaa cargodos motoristasdecidira trajctlÍriae a velocidadedo seu
veículoeosistemadecontrolebaseia-seemplacaseoutrosdispositivoselecontrole
detráfego.A obediênciaàsinalizaçãoéobtidapormeiodafiscalizaçãodetrânsito,
117
118 Capítulo3. Fluxos de veículos e seu controle--~-------------------_._---._----_.--_._-----------------
que pode utilizar aparelhosmóveis ou fixos (tais corno radaresfotográficos) para
melhorar sua eficiência.
~Iáõ'~\'SI
R-1: Parada R-19:Velocidade
obrigatória máximapermitida
Placas de regulamentação
~~
A-1a: Curva A-6:Cruzamento
acentuadaà direita devias
Placas de advertência
Fig. 3.12:Placas de sinali-
zaçãorodoviária
Placas, marcas no pavimentoe outros dispositivos elecontrole instalados ao
longo das vias transmitemaos motoristas informações a respeito das condições
da via (por exemplo, curvas acentuadas,pavimento escorregadio, restrições de
alturae peso,etc.),do seudireito de passageme de restriçõesde velocidade. Para
uma maioreficiênciado sistema,essasinformaçõesdevemsertransmitidasatravés
de sinais previamenteconvcncionadose que sejam do conhecimentode todos os
motoristas.As cores, o formatoe os símbolos usadosnos dispositivos de controle
devem ser uniformizados para garantir que a mensagemtransmitida seja clara e
entendidapor todos os motoristas.
oCódigo Nacional deTrânsito defineos sinais, placase marcasquepodemser
usadospara transmitir informação aos motoristas,o seusignificado e as regrasàs
quais os motoristasestãossujeitos. Essas placas, sinais e regrasdevem respeitar
acordos internacionais, dos quais o Brasil é signatário, de tal forma que exista
um uniformidade internacional entreos dispositivos de controle de tráfego. Para
facilitar a aplicação dessasregrasde controle de tráfego rodoviário, o Conselho
Nacional de Trânsito, o DNER e os DERs publicam Manuais de Sinalização que
determinamcomo deveser feitaa sinalização horizontal (marcasno pavimento)e
vertical (semáforose placas).
As placassãoos dispositivos decontrole de tráfegomaiscomunse dividem em
três categorias: placas de regulamentação,que estabelecemregrasque devemser
respeitadaspor todosos motoristas(por exemplo, paradaobrigatória, a velocidade
máximapermitida,ete.);placasdeadvertência,que procuramalerta.-os motoristas
paraascondiçõesdavia (por exemplo,curvas,cruzamentos,estreitamentoda pista,
ete.) e placas de informações, que servem para transmitir informações diversas
aos motoristas,como orientaçãoparadestinos,distâncias,serviços auxiliares, etc.
A Figura J.12 mostraexcmplos dc placasde regulamentaçãoe advertência.
As marcasno pavimento são usadaparacomplementara sinalização vertical
(as plaeas e os semáforos) e serve para canalizar o tráfego, definir e separaras
correntes de veículos, demarcar os trechos em que a ultrapassagemé proibida,
etc. Os semMnrossãousadosparaalternara prderência entrecorrentesde trMego
conflitantcsel11ertlzamcntoscmllível. Ainda queo estudodetalhadodos processos
de controle de tnífego rodovi;írio fuj,1do.sohjetivos destetexto,em virtude da sua
complexidade, o Capítulo 4 discutc os conceitos h;ísicos do controle de tráfego
rodoviário em interse~·õcs.() estudodetalhadodos métodosparaprojetoeoperação
de dispositivos dc controle de trMcgo rodovi:írio é cstudado nas disciplinas de
1193.10Os sistemas de controledo tráfegoferroviário~~~~--~~~--~._-~~~~~-- -~--~------------~~--~~~~~~~~~~~~~~-
Engenharia de Tráfego, tantona graduaçãocomo na pós-graduação.
3.10 Os sistemas de controle do tráfego ferroviário
A circulação de trensserevestedeum caráterpeculiar,por estaremos trenssujeitos
à via, sem que haja a possibilidade de se desviarem uns dos outros em qualquer
ponto do percurso, como acontececom outras modalidades de transporte. Em
virtude dessaparticularidade,existem normas operacionais rígidas para regular a
movimentaçãodos trense eliminar o risco de colisões e abalroarnentos.Uma das
formas de controlar o movimentodos trenséa taheladehorários.Os horários são
fixados de macioque os trens só se cruzem nos trechosde via dupla, que existem
nas estaçõese nos desvios. Como a tabela de horários por si só não é suficiente
para garantir a segurança da operação, foram criadas regras para disciplinar a
movimentaçãodas composições. As ferrovias dispõem de centraisdecontrolede
tr4fegoque supervisionamo movimentodos trense supervisionama aplicaçãodas
regrasde tráfego.
ocontrole do movimentodos trensé feito atravésdo liccncialllcllto,que pode
serrealizado atravésdeordensescritasou sinais. A autorizaçãodadaao maquinista
paraprosseguirviageméchamadade liccnça.Os licenciamentossãosemprereali-
zados com basenumadistflncia mínima de sepanl~'ãoentreos trens. Esta distflncia
mínima, sempre maior que a distflncia necessáriapara a frenagemsegurade um
trem, pode ser garantidapela existência de duas estações(ou postos de licencia-
mento), guarnecidos por um agente,ou pela existência de dois sinais luminosos,
que bloqueiem um determinadosegmentode via.
Várias tecnologias paracontrole do tráfegoferroviário foram desenvolvidasao
longo do tempo. l-laje em dia, existem desdesistemastotalmenteautomatizados
(ATO, 'automatie train operation') até sistemasdesenvolvidos no final do século
passado,corno o st(l[rclétrico. O licenciamento pelo 'st;lIT' elétrico requer uma
estaçãoou postode licenciamentoem cadaextremidadedo trecho,cadaqual equi-
padacom porta-bastõesinterligados entre si. Esse aparelho,que é uma máquina
e!etromecânicacontrolada remotamente,é usado para licenciar o trem. Suponha
que exista um trem na estaçãoA qlle deseja viajar para a estaçãoB. O agenteda
estaçãoA entra cnl contato telefônico com o agenteda estação TI, que é quem
autorizao trem a viajar, acionado remotamenteo porta-bastõesda estaçãoA para
que ela libere um 'stafl" _. 11mbaslão met:ílico que se encaix:l na ndquina. () mit-
quinista recebeo 'slaff' e !ev:í-oconsigo atl~a estaçãoB, ondeentrega-oao agente.
Enquanto o basl:lo estiver fora dos aparelhos, não é possível liberar UIll segundo
120
Capítulo3. Fluxos de veículos e seu controle-----------_._~---------_._------_.~~---_.__ ._--_._------------
bastão. Só a colocação desse 'statr no aparelhoda estaçãoB faz com que os dois
aparelhos interligados fiquem em condições de permitir um novo licenciamento.
Apesar de muito seguro,o licenciamentopelo 'staff' elétrico é relativamenteine-
ficiente, pois um trecho entre duas estaçõessó pode ser ocupado por um trem de
cada vez, O aumentodo número de estaçõespoderia aumentaro volume de trens
circulando, mas representariaum grandeaumentonos custosde pessoal.
Os sistemasmais modernos permitemum melhor controle do fluxo 'de trens,
podendo-seassimreduzir os headwayse, emconseqiiência,aumentara capacidade
do sistema. O sistemade sinalização por blocos éa basedessessistemas,nosquais
o controle é feito a partir de um centro de operaçõesa partir do qual se controla
os aparelhos de mudança de via e onde pode-se ver o progresso dos trens em
monitoresde computadorou em displays especialmenteconstmídos paramostrar
a posição dos trensnas vias.
3.10.1 O sistema de sinalização por blocos
Comboios ferroviários de carga trafegandoem velocidades normais de operação
necessitamde longas distâncias para frear com segurança. Em função disto, re-
sultam critérios rigorosos paraa separaçãomínima entrecomboios sucessivos. O
tráfego ferroviário écontrolado por um sistemade sinais luminosos chamadosis-
temadesil/olizaçi'iopor hlocos.A Figura 3. 13 ilustra o funcionamentodo sistema
de sinalização por blocos paradois tipos de sistema: o sistemaCTC ('centralized
traincontrol', ou controle de trál'cgocentralizado),queéusadoem ramaisnormais,
e o sistemaATO ('automatic train operation', operaçãoautomáticade trens),que é
o sistemausado nos trensde metrô. No sistemaCTC, o maquinistaconduz o trem
de acordo com as indicações dos sinais; no sistemaATO, a ação (e às vezes até
mesmoa presençafísica) do maquinistaé dispensada.
No sistemade sinalização por blocos, a linha férreaé dividida em trechos _
hlocos,cujo comprimento é sempremaior que a distância necessáriapara frearos
trens. Um sistemade bloqueio autom,íticodetectaa presençade um nem no bloco
por meio de sensorcs,que acil.l!lama luz vermclha no sinal cxistentenacntradado
bloco, como é mostradona Figura 3.13. Um sinal vel'l1lelhosignifica que o bloco
em frentejá estáocupado por um outro trem e que o maquinistadeveesperaraté
que seja auloriz;ldo a prosseguir.
Essa autorização para prossegllir pode ser dada por um sinal verde ou por
um sinal anwrelo. () sinal amarelo significa que o bloco está livre e trem pode
prosseguir,com ve!ocid;H!credu7.ida,pois o hloco seguinteestáocupado e o trem
3.10Os sistemasde controledo tráfegoferroviário 121
Trem 1 Trem 2
Sinal
Sinal
8
.Q
ro
8o
ãi
TempoHeadwaymlnimo
lU
'ü
r::
~
.!!!
C
@verde~Verme(hO1JlT!W~..
Separação mlnima:
três blocos livres
1. Sistemade dois blocos com três fases
~ Vermelho ~ Bloco ~ Amarelo~ QJTTW~ _ Verde _«
Direção do movimento Separação mlnima:
-------. dois blocos livres
2. Sistema de três blocos e três fases
Bloco
~ Vermelho ~ ~ ~ermelh~Vermelho ~~ ~~ ~Verde ~mare/~ ~ ~~ ~ Verde• •
Fig. 3.13:Sistcmadesinalizaçãoporblocos Fig. 3.14:Diagramaespaço-tempoparasiste-
madesinalizaçãodc blocos
devepreparar-separaparar. O sinal verdesignifica queo trempodeprosseguirem
velocidade normal, pois há mais de um bloco livre à sua frente. No sistemaCTC,
um sinal verde significa que existem dois blocos livres, enquantoque no sistema
ATO são necessáriostrêsblocos livres parao sinal ficar verde.
Como existemnesteesquematrês/ascsdiferentes(l'crJllcl!lo, amareio, e verde)
e dois hlocos entre um bloco ocupado e um sinal de "prossiga", este sistemaé
denominado de sistemade dois blocos com tn~s./áscs_
Existem diversas variaçõesdo sistemade sinalização por blocos, sendoque o
utilizado em sistemasde metrôse pré-metrôsem;íreasurbanas(Fig. 3. J 3) funciona
de tal modo que o tremé freadoautomaticamentecasoum sinal vermelho não seja
respeitado. Esse sistema é conhecido como ATO, j,í que a operação do trem·é
automáticae fica condicionada à sin<llização.No entanto,paraque seja possível
parar automaticamenteum trem que avanceum sinal vermelho, é necessárioque
existaum bloco adicional, fatoque levao sistemaa ser denominadode sistemade
três blocos COIII três/áses.
A b<lsedo sistemade bloqueio automático é o chamado circuito de via, que
usa os trilhos para formar um circuito elétrico que é isolado dos blocos vizinhos
por meio elejuntas isolantes. O circuito é percorrido por uma corrente elebaixa
voltagem (I a 2 volts). Se o trecho estiver vazio, essacorrenteelétrica aciona UI11
relé que, por sua vez, mantéma luz verde aces;!. Se um trem enlra no trecho, a
corrente elétrica l' derivada pelas rodas e eixos do trem, cortando a corrente que
passa pelo rclé que, não sendo acionado, apagaa luz verde e faz com que a luz
vermelhaseja ligmla, bloqueandoo trecho. lIma vantagemdo sistemade bloqueio
122 Capítulo3. Fluxos de veículos e seu controle
automáticoéa reduçãodo risco de acidentes,já queo trechofica automaticamente
bloqueado seum vagãosesoltar do treme ficar na linha ou mesmoseum trilho se
romper.
A Figura 3.14ilustra o funcionamento dos sinais por meio de um diagrama
espaço-tempoque indica o movimentode dois trensque viajam na mesmadireção
ao longo de um ramal controlado por um sistemade sinalização de blocos. Neste
exemplo, o segundotrem estáseguindo o primeiro com uma pequenafo}ga.
Pode-se notar que o gráfico mostra as trajetórias da frente e da traseira dos
trens,por meio de duas linhas separadasentresi verticalmentepelo comprimento
da composição. O comprimento dos blocos é maior que o comprimento do trem.
Quando a frente do primeiro trem entra no primeiro bloco, o semáforo muda
automaticamentede verde para vermelho, indicando que o bloco está ocupado.
Este bloco se mantémocupado atéo instanteem que a traseirado trem passapela
divisa com o próximo bloco, quandoo semáforomudaparaamarelo,o quesignifica
queo bloco estálivre o bloco seguinteestáocupado. O segundotrempoderiaentrar
no bloco, mascom velocidade reduzida pois deverápararno próximo sinal.
O sinal mudade amarelo paraverdeno instanteem que a traseirado primeiro
trem sai do segundobloco, pois os dois blocos seguintespassama est<1rlivres e o
segundotrem pode entrarno bloco sem que seja necessárioreduzi!"a velocidade,
pois o bloco seguinteest,í livre.
Pode-se perceberque a folga entreos dois trenspode ser reduzida <1tédesapa-
recerque segundotremnão seráobrigado <1reduzir a march<1,enquantoo primeiro
trem continuar trafegando. Se o headway entre os dois trens ficar menor que o
headway mínimo mostradono gr,ífico, o sl'gundo trem deve reduzir a velocidade
ao entrarno bloco cujo sinal indica amarelo.
3.10.2 Diferenças entre os processos de Iicenciamento de trens
(~importantenotaras diferençasentreos sistemasde controle de tráfego ferroviá-
rio descritas nestaseção. O licenciaml'nto é semprebaseadono conceito de um
segmentode via sendo ocupado por um lÍnico trem. O licenciamento pelo 'staff'
elétrico requerpostosde licenciamentonasextremidadesdo trechoque autorizam
o trem a entrarno segmento,depois de verificar seele está livre. Como o custode
méullltençãoe operaçãodl' uma l'st,l<,;ãoésignificativo, asestaçõesestãoseparadas
de algumasdezenasde quiI(lllll'tros e a densidadede trensé sempremuito baixa.
No sistemade sinalização por blocos, o licl'nciamento é realizado a partir de
umlínicoponto, o centrode controle, disf1l'nsando··seos postosde licenciamento.
Resumo
o controlador de tráfego no centro de controle é capaz de acionar ~Idistância os
aparelhos de mudança de via nos pátios de manobra ao longo da via e observa
o progressodos trens num painel ou display de computador,que tambémmostra
as indicações dos sinais e o estadodos aparelhosde mudançade via. Esse siste-
ma é conhecido por CTC (controle de tráfegocentralizado) e permite uma maior
densidade de trens na via, já que o comprimento dos blocos é de apenasalguns
quilômetros e entreduasestaçõespodemexistir diversos blocos.
O sistemaATO (operação automáticados trens), que é usado no controle de
trensde metrô,é maisevoluído que o CTC, pois o mecanismode controle do trem
recebeindicações diretamentedo computadordo centro de controle, dispensando
a intervençãodo condutor, permitindo maiores velocidadese menoresseparações
entre os trens. No metrô de São Paulo, o sistemade controle permite separação
mínima entre os trens de apenas90 segundos. se a operação for automática. A
separaçãoé maior quando os trensestãosendooperadospelos condutores,apesar
da monitoração constantedo sistema pelos computadoresdo centro de controle
operacional, que impede erros humanos.
Resumo
• O diagramaespaço-tempopermitereprescntargraficamentefluxosde veículosao
longo de um segmentode via. A velocidadeinstantâneados veículospodeser
determinadaatravésdadeclividadedacurvaquerepresentaseuprogressoaolongo
do trecho,enquantoquea velocidauemédianumtrechoqualqueré a deelividade
daretaqueligaospontosiniciale finaldo trecho.
• Os fluxosde tráfegorodoviáriopodemsercontínuos,comoos queexistemnum
trechoentreinterseçõesnumarodovia,ou interrompidos.como os que existem
em vias arteriaisurhanasnasquaisa correntesorre interJ"upç<ksperiódicasnos
crUl,alllentosselllar()rizad()s.
• Existemdois tiposh,ísicosde modelosparacorrentesde tráfego:os modelosma-
croscópicos,queconsiderama correntecomoumtodo.e os modelosmicroscópi-
cos,queprocuramrepresentaracorren!cdetráfegoapartir dcrcspostnsindividuais
de cadaveículo. Os modelosmacrosnípicossão mais usadospararepresentar
situaçõesem queexisteum equilíhrionncorrente.enquantoqueos modelosmi-
croscópicospermitemincluirvari:H;õcsaleatóriasnascaracterísticasdosveículose
seuscondutores.
• Os parfimctrosm:ll'roscópicosqllc dl'sLTl'VCIlllIlllacorrcnlcdetr:ífegoinintcrrupta
sãotr0s:o volumclI. avelocidadcnll~diaii., l' a(knsidadck. 1\ re1:H;ãolúndamenlal
do tnífcgo1/:::: Ü, .k estahelca rela~';jllcntlc essastr0svali,íveis. Modelospara
reprcscnlnras relaçtiesentrevlllullll', velocidadc11ll~diae dcnsidadepodcmscr
123
124 Capítulo3. Fluxos de veículos e seu controle
estabelecidos a partir da relação fundamental e da relação entre a densidade e a
veloeidade. O modelo mais simples pode ser obtido pressupondo-se uma relação
linear entre a velocidade média e a densidade.
• As correntesde tráfegopodemestudadaspela teoriadas filas. Uma fila écaracteriza-
da pelo padrão elechegadas(a distribuição de headways entrechegadassucessivas),
pelo padrão de partidas (a distribuição de headways entrepartidas sucessivas), pelo
número de canais de atendimentoe pela disciplina da fila. No estudo dos fluxos de
tráfego, a disciplina é sempre FIFO. ou seja, os veículos partem na ordem em que
chegam ao sistema.
• Os modelos de rila podem ser dctertllinísticos ou estocásticos. Nos modelos deter-
minísticos, os headwayssão constantesenquantoque nos estocásticos,os headways
são variáveis aleatórias. Nos modelos determinísticos, pode-se representaro fenô-
meno por meio de um gráfico que mostre a variação no lllÍmero acumulado de
chegadas e de partidas em função do tempo decorrido. Diversas medidas de de-
sempenho - fila média. tempo médio de espera. etc. - podem ser obtidas desse
grá{jco. Nos modelos estocásticos. usam-se fórtnulas para determinação dos va-
lores das medidas de desempenho. que são bascadas nas distribuições estatísticas
usadaspara representaros processos de chegadae de partida.
• Os fluxos de tráfego interrompidos são observados em locais onde pcríodicamente
a corrente é interrompida, como num semáforo. O fluxo de saturaçãocorrcspondc
à taxa de fluxo máxima que pode ser veriricada no cruzamento durante a descarga
da {jlaque se forma durante o vermelho. () fluxo de saturação c o tempo de verde
que efetivamentepode ser usado para descargada rila determinam a capacidade da
aproximação.
• O controle do tráfego rodoviário l: feito por meio de placas, sinais luminosos e mar-
cas no pavimento. () controle do tráfego ferrovi;írio éfeito atravésdo licenciamcnto
dos trens. que pode ser feito atravésde ordens escritas ou sinais. Para controle de
tráfego ferrovi;írio. pode-se usar o "staIT" ell:trieo. atravésdo qual os trcns são li-
cenciados para circular de lima estaçãopara outra. ou o sistema dc sinalização por
blocos. em que os trenssão licenciados paratrafegarde bloco parabloco. O sistcma
de sinali/.ação por blocos permite um melhor aproveitamento do sistema,já que as
separaçõesentre trens são menores.
Para aprender mais
Trnflk 11I1clllighwny ElIgilll'l"'illg. N . .I. (;;lIber e I" 1\. Ilocl. West Publishing COllJpa-
ny, SI. Paul.MN. EUA. Il)XX.
No capftulo 5 tratado fluxo de tráfego rodovi:írio e da aplicação de !llodc!os de filas
no cstudo do thíl"egorodovi;írio.

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