Tec Transp 175 182

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5.1Capacidadede trMego de vias férreas 175
;.1.2Capacidadede vias férreascom tráfegobidirecional
o
.,.
lU
C.
••
W
Para que seja possível operar trens nos dois sentidos num trecho ferroviário de
linha singela, é preciso que existam desvios ou pátios de manobra ao longo da
linha para que possa ocorrer o cnlzamento de trens. Esses desvios são trechosde
linha dupla, conectadosà linha principal por (I/I(lrel17osde lIludança de pia.
Como podeser visto naFigura 5.6. os desvios possibilitam a solução eleconfli-
tos entretrensque viajam em direções opostas.já que o trem de menor prioridade
pode ser retirado da linha para perll1itira passagemdo trem de maior prioridadê.
Na maioria dos troncos ferroviários. os desvios são espaçadosentre 10 e 15 km e
têm uma extensãotal que possamacomodarpelo menosum comboio.
A Figura 5.7 mostra um esquema da operação de uma
ferrovia de linha única com trânsito nas duas direções. No
primeiro diagrama, todos os trens estão em movimento: na
segundaparte,os trens movendo na direção de menor priori-
dade(no caso. de lesteparaoeste)entramnos desvios e espe-
ram pela passagemdos trensde rnai(lrprioridade: no terceiro
diagrama, todo os trens voltam a movCl"-se. Tempo
Fig. 5.6: Soll1<,:i1ode conflito entre trens por mano-
hra dc cruzamcnto
Como pode ser visto no diagramaespaço-tempoda Fig,u-
ra 5.6, o tremque entranos desvios é suhmetidoa atrasospor
causa da baixa velocidade de manohra c do tempo de espe-
ra para liheração da linha pelo trem prioritário. No entanto, comparando-se os
diagramasespaço-tempodasFiguras 5.4 e 5.7, pode-seperceberque os atrasosde-
vidos às manobrasde cruzamentosão sempremenoresque os atrasossofridos em
1.Todos os trens estão em movimento
~ ..- Tr~m 3 -.- ..- -..
-I ~ k---/I~~~ ~-\-_ -------~/~I~ k~_~/IUJU~I·
•.---------- desvio _.~
/1
..-
1i
~
1-Trem 6
Trem <1
Trem 3 --~
l~mJl
Trem 2
3.Todos os trens estão em movimento
..- -.. ...•-- -..
_L~_L . ~~--.L_~~...-W..L_ I~~~I_~~~--~JT--- i~cm5-1C=--lT------Tn~m~---.--/---- Trem 3 \~ _
2.Trens pares entramnos desvios e esperam
-I ~I 1\_/1
Fig. 5.7: Esqucma eleopcr;\(,,'i1ode um trecho fcrrovi;íriocolll Ir<Ífq.'.ohidircciollal
176 Capítulo 5.Análise da capacidadee nível de serviço de vias
Estação
B
ca \,
'0 6deSVios
~ ~( .O /.............- - ..- .
Estação
A
Fig. 5.S: Trecho com Ir<Íkgo bidireeional operando na capacidade
Tempo
manobrasde ultrapassagem,o qnc servepara ressaltaro impacto que a diferença
de velocidade entre os trens tem sobre a capacidadedo trecho.
() diagrama espaço-tempoda Figur<l5.R mostra<Ioper<lçãode um trecho de
ferrovi<lcom tráfegohidirecional que oper<lcom o maior númeropossível de trens,
o que é feito de acordo com o esqucma mostrado na Figura 5.7. O leitor pode
notar que existem parcs de trenscruzando-se em desvios alternados,e que não é
possível incluir mais nenhum trem entre dois trens consecutivos sem que ocorra
um conflito que s(Í poderia ser resolvido com um dos trens retomando para um
desvio.
A construção de um diagrama espaço-tempo,como o da Figura 5.8, é feita
com basenas prioridadesde cada Irem. que s;io estabclccidaspelos operadoresdo
sistema. I\.s prioridades Icv;lm em conta fatores como o tipo de trem, as cafa'C-
terísticasda linha, ete. Numa I'crroviacomo a Fstrada de Ferro Carajás, os trens
carregados,que viajam da mina parao porto, têmprioridade sobreos trensvazios.
J~comum que os trens mais r;ípidos tenhamprioridade sobre os trensmais lentos,
e que trensde passageiro tenhampriorid:lde sobre trensde carga.
Para a construçãodo grúf1co,inicialmentecolocam-se os trensde maior priori-
dadeque, naFigura 5.R, têmnumera~'ãoímpar. Como a linha operanacapacidade,
o 'headway' entredois trensconsecutivosque viajam de I\. para B correspondeao
tempo nccessúriopara viajar a separ;lç;iomínima que, no caso, é dois blocos, co-
mo pode ser pCl'cebidoobservando-sc a segund<lpmte da Figura 5.7. Uma vez
colocados os trens de maior prioridade, os trens de menor prioridade podem ser
colm~adosno gráfico. No caso do gnífico da Figura 5.R, a velocidade dessestrens
é ligeiralllente superior il velocidade dos trensde maior prioridade; essasveloci-
dades foram determinadaspela 1llednica da locollloç;io dos trens. Pode-se notar
que existe um intervalo entre a chegadade um trem a U1llaestaçãoe a partidado
5.1Capacidadede tráfegode vias férreas 177
tremseguinteeque o mesmoocorre numdesvio; esseintervalo éestabelecidopara
aumentara segurançado sistemaeéusadoparaoperaçõestaiscomo a conferência
da cauda, mudançade chaves,etc. Nos desvios, o trem de prioridade menor deve
chegar ao desvio um certo tempo antesda passagemdo trem de maio!'prioridade
e só retoma para a linha um certo tempodepois da passagemdo outro trem.
A capacidade do trecho corresponde ao inverso do 'headway' mínimo entre
trens viajando na mesmadireção. Observando-se a Figura 5.8, pode-se notar que
o 'headway' mínimo é a soma do tempo necessário para um trem Ímpar viajar
entredois desvios, mais o tempo necessárioparaum trem par viajar entre os dois
desvios, mais um tempode folga. Ou seja, a capacidadeteóricade um trechocom
operaçãonos dois sentidosé:
A Equa~'ão5.5 revelauma característicaimportanteda capacidadede trechos
ferroviários com linha singela: a capacidadeda linha é inversamenteproporcional
ao tempo de viagem entre desvios. Se for preciso aumentaro mÍmero máximo
de trens,é necessárioreduzir o tempototal de viagem entredesvios. Mais ainda,
pode-seperceberqueépossÍvel iden[iflcaros trechosdeestranguIamentona linha,
que são aqueles para os quais a soma dos temposde viagem nos dois sentidos e
do tempo total de folga é máxima. Pode-se tamhémnotar que qualquer redução
da velocidade dos trensafetaa capaci<bdedo ranlal, COlllOselj visto a seguir.
c(: capacidadeteórica numa direção [trens/hora];
1( tempo de viagem entredesvios na direção prioritária [h];
1,,: tempo eleviagem entredesvios na outra dire(,;ão[h]; e
Ir: tempo total de folga nos cruz.amentosde trens [h].
Fig. 5.9: Efeito da falta de
manutençãoda via sobre aca-
racidadc
s~'~~
Tempo
~!~
T~mflO
3. Redução de velocidade 8
t.S2·CII·2·VIO~!~
Tnmpo
4. R8dução de velocidade, IncapacltaçAo de
desvio e InterrupçAo do tráfego
:S
(5.5)
';+I"~+I,
('(
em que
5.1.3 A manutenção da via permanente e a capacidade
Num trechode linha singelasaturado,isto é, queoperanacapacidade,têm-separes
de trenssecruzando em desvios altcrnados,como se mostrano primeiro diagrama
espaço-tempo da Figura 5.9. A partir dessc diagrama, pode-se analisar o efeito
que a qualidade da manutençãoda via permancntetcm sobre a capacidadede um
trecho ferroviário.
A detcrioraç:io da via, por falta de manllll'nção apwpriada, força a emissão
de uma ordcm temporária de redução de velocidade, para evitar a ocorrência de
178
Capítulo5.Análise da capacidadee nívelde serviço de vias
descarrilamentos.Supondo-sequeisso ocorraparao bloco centraldo trecho
representadonaFiguraS.9,o segundodiagramaespaço-tempomostraa redução
no fluxodetrensqueécausadapelaordemdereduçãodevelocidade.
Se,alémdareduçãodevelocidade,umdosdesviosficaincapacitadotempora-
riamenteemrazãodafaltademanutençãopreventiva,o efeitosobreacapacidade
do trechoéaindamaior,comose mo:,I,'1no terceirodiagramaespaço-tempoda
Figura5.9. Pode-senotarquea impossibilidadedeusaro segundodesviocausa
umareduçãoadicionalnonúmerodetrens.Finalmente,pode-seperceberoefeito
deumainterrupçãotemporáriadalinhasobreacapacidade.
5.2 O HCM: capacidade enível de serviço de rodovias
Numaferrovia,ofatorpreponderanteparaadeterminaçãodacapacidadeéo 'head-
way' mínimoentreveículosque,por suavez,dependedos temposde viagem.
Isso aconteceporque,em funçãodo sistemade controlede tráfegousadonas
ferrovias,ostrensraramentetrafegampróximosunsdosoutraseasuavelocidadedependeexclusivamentedascaracterísticasdaviaedotrem.No casodotransporte
rodoviário,a velocidadedos veículosé afetadapeladensidadeda correntede
tráfego,conformeestudadono Capítulo3. Por isso. alémda capacidade,que
é a maiortaxade fluxo de tráfegoquepodesersuportadapelavia, é também
importantedeterminaro níveldeserviço,ouseja,ascondiçõesencontradaspelos
usuários.
Os conceitosde capacidadee nívelde serviçoestãodescritosno HighH'ay
CapacityManual4 ou,paramaiorsimplicidade,oHeM, quepoderiasertraduzido
paraportuguêscomoManualdeCapacidadeRodoviária.O HCM é areferência
básicaparaoestudodacapacidadeedoníveldeserviçodecomponentesdosistema
detransporterodoviário.Elaboradoparaserusadoaoestudodacapacidadeenível
deserviçoderodoviasdosEUA, o BCM (emamplaaceitaçãoemtodoo mundo,
apesardeexistiremoutrasmanuaisquetambémfornecemprocedimentosválidos
paraaanálisedecomponentesespecíficosdosistemaviário,taiscomoosmallll<lis
canadense5e australian06paraanálisee calibraçãodesemáforos.A utilidadee a
facilidadeparausarosprocedimentosqueaparecemnoBCM tornaram-no,sema
4TRB (2000).HCM2000: HiglnvayCapacityMmlllO/. TransportationResearchBoard,National
RcscarchCouncil.Washington.DC, EUA.
5Tcply.S. (1984).CmwdirlllCaparityCuide/or SigllalizedIlltcrseoions. UniversityorAlberla
anoCanaoianInstituteorTransporlationEngineers.Eclmonton.Alhcrla.Canad<1.
6Akcelik. R. (198I). Trq(ficSigllals: Capaci/yandTim;llgAlla/ysis.ARR Reporl123.Auslralian
RoaoResearchHoarel.Vicloria,Austrália.
5.2O HCM: capacidadee nívelde serviço de rodovias
menordúvida,o maiorbest-sellernocampodaEngenhariadeTransportes,tendo
sidotraduzidoparadiversaslínguas.
5.2.1 A evolução do Highway Capacity Manual
A primeiraediçãodoBCM foi publicadanosEUA em 1950,frutodeumesforço
conjuntodoComitêdeCapacidadeRodoviáriadoHighwayResearchBoard,um
órgãodepesquisasmantidopeloNationalResearchCouncildosEUA, e do Bu-
reauof PublicRoads,umórgãodaadministraçãofederalamericana.J\ ediçãode
1950do HCM teveorigememdoisariigospublicadosnarevistaPublic Road.\·7e
apresentavadefiniçõesdetermos-chave,umacompilaçãodefluxosmáximosob-
servadoseprocedimentosparaanálisedetrechoscomfluxocontínuo,interseções
semaforizadas,áreasde entrelaçamento('weavingarcas')e pontosde acessoa
rodovias('ramps').
A segundaediçãodo HCM8 foi editadaem 1965,peloHRB. Na ediçãode
1965,quetrouxealteraçõessignificativasemrelaçãoà de 1950,o manualtomou
a formaatuale introduziuo conceitodeníveldeserviço.
Em 1985,aterceiraediçãodoBCM foipublicadapeloTransportationResearch
Bom·d(sucessordoHRB) eintroduziuprocedimentosparaanálisedecomponentes
dosistemadetransporterodoviárioquenãorodoviaseruas,bemcomorefinamen-
tosno conceitode nívelde serviço. Junto como manualimpresso,foi também
publicadaumaimplementaçãodosprocedimentospropostosnumsoftwarepara
microcomputadores,o HCS ('HighwayCapacitySoftware').A ediçãode 1985do
HCM passouporduasrevisõessignificativas:em1994,quando8dos14capítulos
do manualforamatualizados,e em 1997,quandoforamfeitasrevisõesem9 dos
seus14capítulos.
A ediçãode2000do HCM, quesubstituitodasasanteriores,representauma
expansãoe revisãosignificativado manual.O HCM2000 contém31 capítulos,
dividosemcincopartes:(1)VisãoGeral,(lI) Conceitos,(ITI) Métodos,(IV) Aná-
lisede corredorese áreas,e (V) Simulaçãoe outrosmodelos.A primeiraparte
introduzconceitosde fluxode veículosinerentesà análisede nívelde serviçoe
capacidadee discutecomoo HCM e os resultadosde suaaplicaçãodev.emser
usados.A PmieII apresentaosconceitosusadose valoresbásicosadotadospara
7Norrnann.O. K. e Walker,W. (1949). Highwaycapacity:practicaJapplicalions(lI'rescarch.
Public ROl/ds, v. 25,n. J O,p. 201-234c v. 25,n. 11,p. 237-277.
8HRB (1965).Higlllvl/Y Caflacity Mallual. SpccialReport87,I lighwayRcsearchB(lard,Natio-
nalResearchCouncil,Washington,DC, EUA.
179
180 Capítulo5.Análise da capacidadee nívelde serviço de vias
o desenvolvimentodosmétodosmostradosnaParteIII.A ParteIII apresentaos
métodosusadospara,~valiaçãododesempenho:dacapacidadeedoníveldeserviço
paraosdiversoscomponentes,conformemostraaTabela5.1.A ParteIV fornece
indiqções e técnicasparaaanálisedesistemasmaisamplos,queincorporamdi-
versoscomponentesviários,taiscomocorredoresviários.A ParteV discuteouso
deoutrosmodelosparaestudosmaisdetalhadosdedesempenho,níveldeserviço
e capacidade.Umanovidadelançadacoma ediçãode2000do HCM é a versão
emCD-ROM, queinclui tutoriaise videoclipesparamelhoraracompreensãode
algunsdosconceitoseelosdehipertextoconectandoo textoeo glossário.
Ao longodassuasquatroediçõese maisde 50anosde idade,O HCM tem
acompanhadoaevoluçãodoconhecimentosobrecapacidadederodovias.Baseado
inicialmentenosresultadosdosestudospioneirosde O. K. Normanne William
Walker,nadécadade40,asediçõeserevisõesmaisrecentespassaramaincorporar
descobertase resultadosdepesquisasobtidosporpesquisadoresespalhadospelo
mundo,o quepodeexplicarsuagrandeaceitaçãoeusoforadosEUA.
5.2.2Objetivos eorganização do HCM
Os procedimentosapresentadosnoHCM servemparaaestimaçãodacapacidade
e da qualidadedo serviçoencontradaem elementosindividuaisdo sistemade
transporterodoviárioe foramestabelecidoscombaseemestudosconduzidosnos
últimos50anos,refletindobasicamenteaexperiêncianOI1e-americana.O manual
divideosprocedimentosparaaanálisedacapacidadeemdiversosníveis,chamados
deoperacional,deprojetoe deplanejamento,pararodoviase viasurbanas,para
sistemasdetransportepúblicodepassageiros,eparaviasdepedestresebicicletas.
O HCM classificaos componentesdo sistemade transporterodoviárioem
dois tipos: os queapresentamfluxo contínuode tráfegoe os queapresentam
flllxo interrompido.Fluxocontínuodetráfegoimplicaquenãoexistedispositivos
(taiscomosemáforos)queinterrompemperiodicamenteacorrentedeveÍCulosn'O
componentee ascondiçõesdetráfegoapresentadassãoresultantesdasinterações
entreosveÍCulosnacorrentedetráfegoeascaracterísticasgeométricaseambientais
davia.Noscomponentesqueapresentamfluxointerrompido,existemdispositivos
decontrole(taiscomosemáforos,sinaisdeparadaobrigatória,etc.),queforçama
paradacompletaouumareduçãosignificativanavelocidadedacorrentedetráfego,
adespeitodaintensidadedotráfego.
Fluxo contínuoe fluxo interrompidodescrevemo tipo de fluxo de tráfego
encontradonocomponente,enãoaqualidadedo fluxonumdadoinstante.Assim
5.3Capacidadee nível de serviço de rodovias 181
sendo,umaauto-estradana qualexisteum gravecongestionamentoqueforç~a
interrupçãodofluxodeveículoscontinuasendoumcomponentedefluxocontínuo,
poiso congestionamentoédevidoà intensidadedo fluxodetráfego.
Ruase viasurbanas
Interseçõessemaforizadas
Interseçõesnãosemaforizadas
Pedestres
Bicicletas
Rodoviasdepistasimples
Rodoviasdepistadupla
Componentesde 'freeways'
Segmentosbásicosde 'freeways'
Zonnsdeentrelaçamentode 'freeways'
Alças deacessoe saída
Conexõesde 'freeways'comarteriais
Transportepúblico
A.u1111to
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
h'ntl':11('11(2000:/lighll"a-.,'COI'(wif)'Mmllml. TIUt, NRC.Wa!õhin(!tlln.De.
U'''.2000.
Capo
Tab. 5.1:Os capítulosda ParteIII (Métodos)do
HCM2000
As 'freeways'- istoé,auto-estradascomacessocontrola-
doe limitado- apresentamaformamaispuradefluxocontí-
nuo;asrodoviasdepistaduplae pistasimplestambémapre-
sentamfluxoscontínuosseexistemtrechoslongos(pelome-
nos3 km) entreinterseçõese semáforos;seos trechosentre
semáforostiveremmenosde 3 km, deve-seusaro procedi-
mentoparaanálisede viasurbanas,nasquaisos fluxossão
interrompidos.
A Tabela5.1mostraoscapítulosdaParteIII doHCM2000,
queestabelecemosprocedimentosparaavaliaçãododesem-
penho,do nívelde serviçoe dacapacidade.A estruturabá-
sicadessescapítuloscompreendequatropartes:introdução,
metodologia,procedimentosparaaplicaçãoe exemplosde
cálculo.A introduçãodescreveascaracterísticasdo compo-
nentee os conceitose a filosofiado procedimentousado;a
metodologiaapresentaoscomponentesdo procedimento,i!l-
c1uindoequações,tabelase gráficosusadosparaoscálculos.
Osprocedimentosparaaplicaçâoapresentaminstruçõesparaaplicação,passoapasso,doprocedimentoparaanálisedaca-
pacidadee níveldeserviço.Os exemplosdecálculoincluem
situaçõesqueexplorama aplicaçãodos procedimentos,mostrandotodosos cál-
culosnccessáriose discutindoe interprctandoos resultadosobtidos.A cstrutura
doscapítulosfoi cstabelecidademodoafacilitaro usodo manual,permitindoque
seususuáriosaprendamrapidamentea utilizá-Iodemodoeficiente.Infelizmente,
aindanãoexistcumaversãocioBeM emportuguêse adaptadaparaascondições
brasileiras,o queexigequeaversãooriginal,eminglês,sejausada.
5.3 Capacidadeenível de serviço de rodovias
A análisedecapacidadeeníveldesen'iç'Ovisaestimarosfluxosdetráfcgoqueum
componenteviário podesuportardentrodeumagamapredefinidadecondições
operacionais,pormeiodaaplicaçãodeumconjuntodeprocedimentosclaramente
estabelecidos.O objetivoprincipalde umaanálisede capacidadeé estimara
taxade fluxo máximade pessoasou veÍCulosquc podeser suportadapor um
182 Capítulo 5.Análise da capacidadee nível de serviço de vias
trecho de rodovia. Entretanto, visto que as condições operacionais que ocorrem
próximo dacapacidadesãomuito ruins, nuncaseplanejaquea rodovia operenessa
situaçãopor mais do que algumas poucashoraspor ano; assim sendo,a análisede
capacidadetambémserveparaestimara taxade fluxo máximadentrodecondições
operacionais preestabelecidas,consideradassuportáveispelos usuários.
5.3.1 Capacidade veicular de uma via
A capacidade pode scr definida tanto cm tcrmos de veículos como de pessoas.
Capacidade I'eicull/r éa taxade t1uxohorário que podeser suportadapor um dado
ponto ou scgmcnto uniforme da via, sob condiçõcs prcdominantes de tráfego,
controle e da via, supondo-sequc o trecho a jusante do ponto ou segmentoesteja
livre e não exista ncnhum impedimento para o fluxo de tráfego. Alguns pontos
destadefinição são importantesc dcvcm scr rcssaltados:
I. A capacidadeédefinida para('(}//(liriJespredominantesde tráfego,controle e
da vil/, que dcvcm ser razoavelmenteconstantesparao segmentoestudado,
pois qualquer alteração no trMego, no sistema de controle dos fluxos ou
na via resultarãoem altcrações na capacidade. A definição pressupõeque
essascondições incluem tempo bom, pavimentoem bom estadoe nenhum
incidente dc tnífego (obstruçõestemporáriasdo fluxo).
2. A estimativade capacidaderefere-sea um ponto da via ou a um segmento
de característicasuniformes com relaçãoü geometriada via, ao tráfegoe às
condições de controle do t1uxode tráfego. Em função de diferenças nessas
condições,cadasegmcntoda viapodetercapacidadediferenteeacapacidade
do sistema pode ser inferida a partir da c<,pacidadede seus componentes,
sendoque o ponto ou segmentode piores condições operacionais determina
o nível de serviço do sistema.
3. A capacidadeéexpressaem termosdc uma taxa de.lllIxo de veÍCulosou de
pessoas,quc nOlp1almentese refereaos 15minutos mais congestionadosda
hora. Reconhece-seassim quepode existir umagrandevariaçãono fluxo ao
longo de uma hora c, por conseguinte,a análisedeveser feita considerando
o período de maior Jluxo dentro da hora pico.
4. A capacidadeé dellnida em termosde umae.\pectativarazoável de ocorrên-
cia, ou seja, que a capacidadeestimadapara o segmentoseja uma taxa de
fluxo de tráfegoquepossaserobtida com razoável freqüênciatodasasvezes
que a demandafor suficientementealta e que tambémtenha sido observa-
da em segmentosde característicassimilares em outros locais. Portanto,