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Capítulo 5
Análise da capacidade e nível
de serviço de vias
Este capítuloapresentaos principaisconceitosligados~l capacidadee ao
níveldeserviçodeviasdetransporte.Enquantoacapacid.í1dedcumcompo-
nentedo sistemade transporterefletesuacap;lcidadedeacomodartráfego.
o nível de serviçoindicaa qualidadedo fluxo. Discute-seinicialmentea
importânciae asaplicaçiiesdaanálisedecapacidadee níveldeserviço. I\.
seguir.apresenta-seumadiscussãodacap;lCidadcdc tráfegode ferroviase
osfatoresquemaisinflucmsobreela. () lIig/nmv C(//)(ICiIV M(/III/(// (BeM).
quecstabe1cceos procedimentosp,lrannáliscdecapacidadee níveldeser-
viçoderodovias.é apresentadoediscute-sea CllllCCpçãogernldo processo
de análisedecapacidadee níveldeserviçonclepropostos.() capítuloter-
minadiscutindoa aplicaçãodométododo fieM parann,íliscdncapacidade
e níveldeserviçodeauto-eslradns.
A capacidadede um componcnte do sistcmade lranspOlterefletesua capaci-
dadede acomodarumacOlrentede pcssoasou veículos c pmk ser encaradacomo
uma medida da oferta. O nível de servi~'oé uma mcdida da qualidade do fluxo.
Normalmentc. quanto mcnor o fluxo de veículos ou pcssoas. mclhor o nível de
serviço; i"lmeclidacm quc o fluxo aumcnta.o nível de serviço diminui. Estimativas
de capacidadc c nível de slTvi~'(lsiio nlTess,íri,ls para (1 p!<lncjamcn!o.projeto e
administraçãodos sistemasde transpOIll'. I\. an;ílise da C<lpacidadcc do nível de
serviço de instalaçõcsc componentesdo sistemade tr;lJlspOltepermiteresponder
lJucstões tais como:
168 Capítulo5.Análise da capacidadee nívelde serviço de vias
• Qual aqualidadedeserviçonosperíodosdc pico equalo níveldecrescimento
do tráfegoque pode ser suportadopelo sistemanascondições atuais?
• Qual o nível de ofertanecess;írioparaacoll1odaçãode um determinadonível
de fluxo de veículos ou pessoas?
• Quantasfaixas de tráfegosão necessáriasparaatenderaos volumes médios
diários de tráfegonuma auto-estradaou via arterial?
• Qual o tipo de rodovia ou via urbana atendesatisfatoriamentea demanda
geradapor um novo empreendimentoimobiliário?
• Quantos veículos são precisos para transportaro fluxo de passageirosna
direção de pico, no ponto de carregamentomáximo, e será que as vias e
estaçõesexistcntessão capazcsde suportaressevolume de veículos?
Fundamentalmente,a an;ílise de capacidadee nível de serviço fOlllece subsídios
paraquatrotiposdiferentesdeatividaderelacionadasà EngenhariadeTransportes:
I. 1\ determin;lçãoda oferta, ou seja. do dimcnsionamento da capacidadedo
sistema,quandose planejaa constmçãode novasinstalaçõesou componen-
tcsdo sistcmade transporteou quandoseplanejaacxpansãodas instalações
ou componentcsj;í cxistentes.
2. I\s característic;lSoperacionaise o nível de serviço de instalaçõesou com-
ponentes.i,íexistentcsdcvemseravaliadosquandose pretendeimplementar
melhorias no sistema.seja por meio da cOllsti'u<.;ãode Ilovas instalaçõesou
pela alteraçãode procedimcntosopcracionais.
l. Quando se faz an,ílise dos impactosamhicntaisde novos empreendimentos
imohiliários. a análiscdc capacidadee nívcl de serviço serveparaidentificar
os impactosno trilnsilo c no sistcmadc transportepl1hlico,hem como ajuda
a determinara responsabilidadespclos custosassociadosà mitigaçãodesses
imp;lctoS.
4. Estudos rotineiros dc capacidadce nívcl de serviço servemparacaracterizar
as condições de operação do sistema de transportee fornecenl subsídios
parao dcscnvolvimentode políticas de transportee paraa determinaçãode
tarifas,consumodc comhustívcl,cmiss()esdepoluentes.níveisde ruído, etc.
I\inda quc a :lI1lílisedc capacidadce nível dc scrviço seja imprescindível em qual-
quer modalidadede transporte,o transporterodovilírio éo que dispõe de metodo-
logia mais sofisticadaparatanto. Os procedimeutosparaestimaçãoda capacidade
5.1Capacidadede tráfegode vias férreas
e nível de serviço de rodovias estão reunidos num Illanual puhlicado pclo Trans-
portation Research Board, o llig/ma\' Cllpocit\, MOIIIIO/I, mais conhecido pela
sigla HeM. Em virtude das limitaçõesde espaçoe dos objetivos destetexto,serão
abordadosapenasos métodosparaa elelennina(,;ãodacapacidadee nível de serviço
de ferrovias e rodovias de pista dupla.
5. 1 Capacidade de tráfego de vias férreas
Entende-se por capacidade de tráfegoeleum segmentode uma ferrovia o número
de trensque podemcircular pelo segmentonumdeterminadointervalo eletempo-
normalmente,24 horas. A capacidadede um trechode ferrovia é determinada,na
maior partedasvezes.a partirdo diogmm(l eS/N/ç'o-t('JllPO,quepodeserconstruíclo
tantoa partir dos temposreais eleviagem como eslimado a partir das velocidades
de equilíbrio do trem em cada trecho.
No regimeelelicenciamentoa intervalosdeespaço,C0ll10éo casoelossistemas
de 'staff' elétrico ou de sinalização por hlocos. um trem não pode partir de uma
estação (ou sinal) antes que o precedentetenha atingido a estação ou sinal de
bloqueio seguinte.pois dois trensnuncapodemocuparsimultaneamcnteo mesmo
trechoou bloco. Por conseguinte,acapacidadedeum segm~'ntodepcndedo tempo
gastopara pcrcorrer cada bloco ou trechoentreestações.
5.1.1 Capacidade de vias férreas com tráfego unidirecional
A capacidadede uma via féne;1com tr:íkgo num lÍnico scntido, como a J1loslrada
na Figura 5.1 é calculada a partir do intervalo mínimo cntre trens, o headll'ay
míllimo. Como visto no item J.l OJ, num trechounidirecional, a separaçãomínima
cntredois trensconsecutivos l( dois hlocos. nos ramaiskrrovi:írios normais,ou três
blocos, nosmetrôs.A Pigma 5.1 ll10stradois trensviajandocom a menorseparação
possível--no caso,dois hlocos. Quando os trensestãooper<tndoiimenorscparação
permitida, não é possível aumcntaro volumc de tr:ífcgo sell1infringir as regrasde
operação, Esta condição correspondeli ('o/N/cidadedo trecho.
oheodway mínimo cntre trensque operam num trecho onde o comprimento
dos blocos e a velocidade dos trens s~o constantes, depende do comprimcnto
dos blocos, do tamanho da composi~'ão,da velocidade dc operação e da folga
ITH Il (2000),1I( 'M:?Ii()/): 11 ig1111'111' ( '111'111'Íl\' MI 1/1//1 d. Tr;IIlSp"11;/1illll !{('srarrh Illlard. N:11illnal
I{rsl'mrh COllncil. W;lsl1ingl(lI1,I l( '. FIlA.
lYcja pág. I I().
169
170 Capítulo 5.Análise da capacidadee nível de serviço de vias
Trem1 Trem2
Fig.5.]: Diagramaespaço-tcmpop;lratr;írego
ferroviáriounidirecional
A
'3 '4
Tempo
Fig. 5.2: Distância limitativa num trecho
lInidirecionalde ferrovia
8o
i'õ
o •• Sin:1[
8
o
i'õ
=Sinrll
TempoHeadwaymínimo
para garantir a segur,lIlçada operação. Essa folga é determinadapeja distância
percorrida pelo trem enquantoo condutor decide se devecontinuar ou acionar os
freios. já que o tremdeveser freadoseo sinal estiver fechadoou seo condutor não
conseguir enxergarum sinal abert()a()passarI,elo pont()eledecisão. O headway
mínimo pode ser calculado pela expressão:
I1mi"
2dll -I l~+di
~------' x (lO.
V
(5.1 )
em que l1"'i": he,ld",ay mínimo de tempo [min];
dll: c()mprimcnl0do hloco [kmj;
L comprimelll() da composição [kml:
d): dislilncia de decisão [kml: e
V: velocidadede operação[km/h].
Ohservando-seo diagramaespa~'o-tempoda Figura 5. I. pode-sepercebercomo a
Fqua~'ão.'i.I foi ohtida. Sahendo-sequeum trems(ípodeentrarnum bloco quando
a traseirado trcm precedentesai d() segulld()hl()co a sua frente. o cspaçamcnto
mínimo entre dois trells l< a soma dos cOlllprimcntos d()s d()is hlocos (dll). do
comprimcnto do trem (I) (' da dist;lncia mínima de seglll'ançadr. O 'hcadway'
mínimo pode ser calullado dividindo-s(' o cSP;I<,;,lnlenl()Illínilllo pela velocidade.
5.1Capacidadede tráfegode vias férreas
A capacidadetéoricnda linha podc cntão ser calculada por1:
171
60
c, =7]--;
hl1lin
(5.2)
em que c,:
hmin:
7r
capacidadeteóricada via [trens/h];
'headway' mínimo [min]; e
coeficientede redução,quevaria entre0,6 e 0,8, de acordo com
a eficiência da empresa.
Num trecho onde o licenciamento é feito pelo 'staff' elétrico e a distância
entre estaçõesnão é constante, o 'headway' mínimo é determinado pela maior
distânciaentreestações,a distâncialimitati\'ado trecho,como mostrao diagrama
espaço-tempoda Figura 5.2. Pode-se notar que as distâncias entre os postos de
licenciamentoA, B e C são diferentes. Considerando-se que o trem I passapelo
postoA no instantetI e pressunpondo-seque todos os trens trafeguemna mesma
velocidade,o trem 2 poderia deixar a estaçãoA no instantet2, mas, chegandoem
B, seria forçado a esperaraté t4, qUllndoo trem I chegaem C, liberando o trecho.
Isso demonstraque, apesarde o trem 2 poder partir a qualquer instanteentre t2
e t), a capacidade do trecho é função da distância limitativa (h Nesse caso, o
'headway' mínimo é:
d
hlllill == -;
V
em que d: distância limitativa [km]; e
v: velocidade [km/h].
(5.3)
A capacidadeteóricado trecho,em termosdo númerode trensque podemtrafegar
pela seçãoem um dia, pode ser calculada por:
24 V
c, = /]_._._.=247] --o
hlllin d
(5.4)
emqueacapacidadetéoricaédadae111[trens/diaJ. As Equações5.1e5.2 podemser
facilmente modificadas pelo leitor (lllra refletir a situação em que o comprimento
dos blocos não é constante.
Exemplo 5.1 Determinar a capacidad(' /('I)rica de /11I/ /recho IInidirecionalno qual ope-
rmn/rens de 5DO m de COflll}rifll('n/o fIIl:i/io. a I//na j'elocii/ai/e COI/.I/an/e e iRual a 45 km/h,
e onde os hlocos tPIIl 4 kfll de extcnsllo .
.1Brina,11. L. (19X2) lú/mt!a.\"rir I'ám. Unos 'Ii\'nicos e Cknlílicos Editora.Rio deJaneiro,
v. 2. p. 19X.
!llTlill
172
Capítulo5.Análise da capacidadee nívelde serviço de vias-----_.._------~-----~--_..._._ ....- _ ...- ------_.--_.
Solllção:Se a distilncia mínima de decisiío for de 200 m. o headway mínimo é:
2x4+0,5+0.2.
---------- x 60=}
45
1I. (í min.
Adotando-se UTll fator de eficiência de 0.7. a capacidade te<Íricado trecho seria:
(íO
c, =0.7--=3.62 trens/hora
11,6
ou cercá de R6 trens/dia.
Dessasconsideraçôes,pode-seconcluir queacapacidadedeumtrechopodeser
melhoradaaumentando-sea velocidadedos trensou reduzindo-seo comprimento
dos segmentosentre os pontos de licenciamento. Disso, pode-se deduzir que
é vant<~iosocriar segmentoscujo tempo de percurso seja, além de constante, o
menor possíveI.
Com relaçãoao tempode percursoconstante,viu-se que o 'headway' mínimo
é determinado pelo tempo gasto para percorrer o maior segmento. Na verdade,
como a velocidade não é constante.mas dependedo perfil longitudinal da linha,
os segmentosdevemtercomprimentostais queo tempode percursoem todos eles
seja constante. Ou seja. num trechoonde existauma rampaíngreme,que obrigue
uma redução na velocidade dos trens, o segliiento deve ter comprimento menor,
paraque o tempode percursonão seja maior que nos demaissegmentosdo trecho.
Com relação ao efeito da reduçãodo tempode percurso sobre a capacidade,
pode-sc percebero illlmenl0 na capacidadeque a utilização do sistema de sina-
lização por hlocos lraz. em função da redução do comprimento dos segmcntos
entre pontos de licenciamento. Num trecho no qual o licenciamento é feito pe-
lo 'staff' clétrico, os trens viajam de lima cstação p<traa seguinte,e as estações
são espaçadasde algumas dczcnas dc quil(\mctros.. j,í que o custo de operação
de uma estaçãoé relativamcntcalto. Num trcc!lOem que o licenciamento se faz
por meio de sinalização por hlocos. o comprimento médio dos hlocos éde apenas
alguns quilômetros,j;í l( possível suhdividir o trechoentreduasestaçõesem diver-
sos blocos, pela instalaçãodc sinais luminosos. Veja que se a distâneia entre as
estaçõesB e C, na Figur,l 5.2, for dividida peb metade.com a in~talaçãode um
sinal de bloqueio, a capacidadedo trechodohra.
Hfeito de tn'lls com ,"('/ocid:u/esdif('relltes sobre ;, c;'/J:lcid:u/c
Um pressupostoh,í!;icousado na dctcrmina~'ãoda capacidadele<Íricapelas Equa-
ções S. I c 5.2 é quc a velocidadl'de todosos trensé constante.Se o trechoéusado
5.1Capacidadede tráfegode vias férreas 173
Tempo
Direção do movim-:nto
2.Trémlento pára no desvio
I I
1.Tremveloz aproxima-sedo tremlento
I~ I GJTIW~I_~ 1-b'ocodL=\ L/l "'" /1 I
Trem veloz Trem lento ~--~~ Desvio
Trem veloz em movimento
k~;;E,.,,"~,,"oIno desvio
I'·Tmm.•I~r '·m1.( ,rem'.;r~,.~ I
Fig. 5.3:Demonstraçãoesquemátieada l1li1nohradc liltrapassi1gcl1l Fig. 5.4:Diagrmnaespaço-tempoda
manohradeultrapassagem
por trensque operam em velocidades diferentes, isso causauma grande redução
na capacidadede tráfego,em função das manobrasde ultrapassagem.
Na Figura 5.3, faz-se urna representaçãoesquemática da manobrade ultrapas-
sagemde Ulll trem mais lento (por exemplo, um trem de carga) por um trem mais
rápido, como um trem de passageiros. Para que isso seja possível, é preciso que
existam desviosou pálios ao longo da linha, nos quais o trem mais lento entra e
esperaaté ser ultrapassadopelo trem mais veloz. No prin~eiroesqnemada Figu-
ra 5.3, têm-seo trem mais lento à frentedo trem mais veloz; paraque seja possível
a ultrapassagem,o trem mais lentoentrano desvio e esperapela passagemdo trem
mais veloz, como mostrado no seglll1doesquemada figura. Após a passagemdo
tremmais veloz, o tremmais lentovolta paraa linha eprosseguesuaviagem, como
indica o terceiro esquemada Figura 5.3.
Numa manobrade ultrapassagem,o tremmais lento sempreé submetido a um
atraso,que inclui o tempo para entrare sair do desvio e o tempo gasto parado, à
esperada passagemdo trem mais veloz. Esse atraso pode ser visto no diagrama
espaço-tempoda Figura 5.4, qne representagraficamentea manobrade ultrapas-
sagelll. O Exemplo 5.2 discute o el"eitoda operação de trens COIll velocidades
diferentessobre a capacidadede um trecho, como pode ser visto nos diagramas
espaço-tempoda Figura 5.5.
Exemplo5.2 S(jo 1111I Irccho de./áml';a COIII I;I/ho dllplo c Il"Iífi'go III/;d;rec;ol/al, 1/0 qual
trafegalll trens de carga, qlle v;ajolll o (,0 I<III/h , CIrcl/s dr 1J(1.lsogc;ms, qll(, \';(~jalll (/ 90 !em/h.
No trccho, ('xistcm dc.\"\';os cspoçodos dc 10 !em,(IIIC podclII scr IIsados para as lIIal/o!Jras
de ullrrll)(lssogclII. f)clcrlllil/{//; il/iciallll('l/tc, qllol a CaIIO('id(/(lc do lil/ha sllpol/do que ela
SrJ s('ja IIsada por trcl/s de Cillga. Seglll/do os rcgms de 0IJemç(/o da elllplPsa. os Irens
seI/do rt/lrallassados cntmml/o dcsvio 5 lIIil/lltOS antes da IIltrapas,mgcm e saem do desvio
174
Capítulo 5.Análise da capacidadee nível de serviço de vias
[- ...--~- .------- ....---._-- I
-- Trens de cnrgR iI 60kmlh
--- Trens de passagelt'o a 90kmlh_---~._--~ --~~._-----_.~.---_ ..
- --- ~_._-
4020
---- ---- ..
60 RO 100 120
Tempo(mio) Tempo(mio)
Fig. 5.5:Ercilo da diferença nas velocidades dos trcns sohrc a capacidade (Ex. 5.2)
20
120-
100
:[ 80
...
.~ 60
~
••
Õ 40
.5 m;lIl1tos depois da lI{trtlIJils.mgem. I\dm;t;ndo (fI/e exista I/m trem de passaReiros por
hora c qllc os tl'ellS de pas.l'IIge;m thll{J!';ol';dllt/e so/JI'e os de ((liga, detel'm;nal' (J !'('dllçiío
da (,o{Jocidot/e ('(/II.\'(/I{IIIJf'!1I o{Jel'rlriio m;stll.
Solução: 1\ cal'ncid;Hle te(')ricado trecho, pnra trens viajando a fiO km/h, pode scr
calculada a partir do hc;Hlway mínimo. No caso, sc a velocidade é fiO km/h e os
dcsvios estãoesp;lçadosdc 10km. o hC;ldway mínimo é 10minutos. 1\ capacidade
te6rica, supondo que apenas trensde carga usem o trecho é:
()O
(','-'-11---
!Illlin
()O
10
'" () trens/h,
admitindo-se, por simplicidade, que 11 ~-,- I. () diagrama espaço-tempo da esquerda
da Figma 5.5 lllostra o trecho operando na sua eapncidaue{e(írica.
1\ partir cio diagrama espa~'o-tcmpoda operação na capacidade teórica. pode-se
construir o diagrama espaço-tempo da opcrnção mista, que é mostrado à direita,na
Figura 5.5. Pode-se nolnr que existe umn redução de fi para 5 no número de trens
de carga por hora. I:ssa reduç;\oliea maior, se a diferença entre as velocidades uos
dois tipos dc trem ;lumentar.
Como ilustrao Exemplo ).2. a operaçiiode trensde velocidadesdiferentespro-
vocr!umareduçiioconsidcr,ívclna capacidade.sendoque,quantomaior adiferença
entre velocidades. maior a reduçiio na cap,lCidadede tráfegodo trecho.