Capacidade e Nível de Serviço em Rodovias

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Capacidade e Nível de serviço 
de Rodovias de Pista Dupla 
Expressas (Freeways) 
 
 
LASTRAN – Laboratório de Sistemas de Transportes 
DEPROT – Departamento de Eng. Produção e Transportes 
Slide 2 
Revisão aula anterior 
 Capacidade: max [vol.] 
 
 Nível de serviço: 
• como os motoristas percebem as condições 
operacionais de uma rodovia 
Slide 3 
Revisão aula anterior 
 Highway Capacity Manual (HCM 2000) 
 
• utilizado em vários países, inclusive o Brasil 
 
 
vantagens do HCM: ‘facilidade’ na utilização dos 
procedimentos 
Slide 4 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
 2 ou mais faixas por sentido 
 separação central entre pistas 
 acesso limitado 
 componentes 
• segmentos básicos 
• junções 
• zonas de 
 entrelaçamento 
Revisão aula anterior 
Slide 5 
Slide 6 
Rodovias de Pista Dupla Convencionais 
(Multilane Highways) 
 2 ou 3 faixas por sentido 
 com ou sem separação 
central entre pistas 
 acesso menos 
controlado 
Revisão aula anterior 
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Slide 8 
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Rodovias de Pista Simples 
 (Two-lane Highways) 
 2 faixas, 1 por sentido 
 sem separação central 
 ultrapassagem na 
faixa oposta 
Revisão aula anterior 
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Slide 11 
O conceito de nível de serviço 
 Nível de serviço: 
• uma letra que descreve uma gama de condições 
operacionais num trecho de via 
• medidas qualitativas que caracterizam as 
condições operacionais de uma corrente de tráfego 
e sua percepção pelos motoristas e passageiros 
Revisão aula anterior 
Slide 12 
Níveis de serviço 
 Representam uma gama de condições 
operacionais 
 Seis letras: de A a F 
• Nível A: melhor 
• Nível F: o pior (fluxo congestionado) 
• Nível E: capacidade da via 
• Nível C ou D: planejamento ou projeto pois 
representam condições aceitáveis 
Revisão aula anterior 
Slide 13 
Fator Hora Pico 
 Período de análise: 
 15 minutos de maior movimento dentro da hora 
pico 
Volume = n1 + n2 + n3 + n4 
V
eí
cu
lo
s 
Tempo (min) 0 60 45 30 15 
n4 
n1 
n2 
n3 
Taxa de fluxo máxima = 4  n2 
n1 + n2 + n3 + n4 
4  n2 
FHP = 
Revisão aula anterior 
 Planejamento em longo prazo são frequentemente 
expressas em unidade de VDMA (veículos por dia), 
que logo a seguir é reduzido para volume horário. 
 
 A análise do nível de serviço é baseada em taxas 
de fluxo de pico que ocorrem dentro da hora de 
pico. 
14 
Medidas de desempenho 
 O nível de serviço é uma medida qualitativa da 
qualidade de operação de uma via e, para definí-lo, 
é necessário definir um ou mais parâmetros 
mensuráveis que possam descrever as expectativas 
dos usuários em relação à qualidade operacional da 
rodovia. 
 Os níveis de serviço de A a F variam conforme a 
variação das medidas de desempenho adotadas. 
15 
Medidas de desempenho 
 Rodovias de Pista Dupla: 
• densidade da corrente de tráfego 
 
 Rodovias de Pista Simples: 
• velocidade média de operação 
• porcentagem de tempo em pelotão 
16 
CONDIÇÕES IDEAIS 
 consideradas como o padrão para a análise da 
capacidade e nível de serviço de rodovias. 
 ajustar as condições reais para condições ideais 
através da utilização de fatores de ajuste, que são 
tabelados para todas as condições observadas nas 
rodovias. 
 
17 
Slide 18 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
Condições ideais 
 1. a largura mínima das faixas de tráfego é 3,6 m; 
 2. a largura mínima do acostamento (ou distância da borda da 
pista até uma obstrução) no lado direito é de 1,8 m e no lado 
esquerdo (próximo ao canteiro central) é de 0,6 m; 
 3. existem pelo menos 10 faixas de tráfego (5 em cada direção); 
 4. o espaçamento mínimo entre dispositivos de acesso é 3 km; 
 5. o tráfego é composto apenas por automóveis, que são os 
veículos de quatro pneus, denominados também de carros de 
passeio (cp); 
 6. a topografia é plana, sem rampas maiores que 2%; e 
 7. a maioria dos usuários está familiarizada com a via. 
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PISTA DUPLA EXPRESSA (FREEWAY) 
 
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Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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 Dados necessários: 
 Geometria da via 
 Volume de tráfego 
 Velocidade de fluxo livre 
medida (vf) ou básica (vfb) 
Ajustes na velocidade de fluxo livre 
básica (vfb) 
 Largura da faixa 
 Número de faixas 
 Largura do acostamento 
 Densidade de interconexões 
vfb 
 
vf 
 
Cálculo da velocidade de fluxo livre 
Definição da curva fluxo-velocidade 
Ajuste no volume de tráfego 
 Fator de hora-pico 
 Número de faixas 
 Veículos pesados 
 Tipo de motorista 
Cálculo do fluxo equivalente 
Determinação do nível de serviço 
Determinação da velocidade média 
utilizando a curva fluxo-velocidade 
Determinação da densidade utilizando a taxa 
de fluxo equivalente e a velocidade média 
Figura 2: Fluxograma para análise 
de segmentos básicos de freeways 
(TRB, 2000, Figura 23-1, p. 23-2) 
23 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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 Dados necessários: 
 Geometria da via 
 Volume de tráfego 
 Velocidade de fluxo livre 
medida (vf) ou básica (vfb) 
Ajustes na velocidade de fluxo livre 
básica (vfb) 
 Largura da faixa 
 Número de faixas 
 Largura do acostamento 
 Densidade de interconexões 
vfb 
 
vf 
 
Cálculo da velocidade de fluxo livre 
Definição da curva fluxo-velocidade 
Ajuste no volume de tráfego 
 Fator de hora-pico 
 Número de faixas 
 Veículos pesados 
 Tipo de motorista 
Cálculo do fluxo equivalente 
Determinação do nível de serviço 
Determinação da velocidade média 
utilizando a curva fluxo-velocidade 
Determinação da densidade utilizando a taxa 
de fluxo equivalente e a velocidade média 
Figura 2: Fluxograma para análise 
de segmentos básicos de freeways 
(TRB, 2000, Figura 23-1, p. 23-2) 
26 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
27 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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 Trecho genérico, plano, ondulado o montanhoso 
 
 –Greide genérico: 
 •L <=1,0 km e greide menor que 3% 
 •L <=500 m e greide maior que 3% 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
31 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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 Dados necessários: 
 Geometria da via 
 Volume de tráfego 
 Velocidade de fluxo livre 
medida (vf) ou básica (vfb) 
Ajustes na velocidade de fluxo livre 
básica (vfb) 
 Largura da faixa 
 Número de faixas 
 Largura do acostamento 
 Densidade de interconexões 
vfb 
 
vf 
 
Cálculo da velocidade de fluxo livre 
Definição da curva fluxo-velocidade 
Ajuste no volume de tráfego 
 Fator de hora-pico 
 Número de faixas 
 Veículos pesados 
 Tipo de motorista 
Cálculo do fluxo equivalente 
Determinação do nível de serviço 
Determinação da velocidade média 
utilizando a curva fluxo-velocidade 
Determinação da densidade utilizando a taxa 
de fluxo equivalente e a velocidade média 
Figura 2: Fluxograma para análise 
de segmentos básicos de freeways 
(TRB, 2000, Figura 23-1, p. 23-2) 
PISTA DUPLA EXPRESSA(FREEWAY) 
 
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Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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Exercício 1 
Qual o nível de serviço, na hora pico, em uma freeway com 6 
faixas de rolamento (3 faixas por sentido) e volume 
unidirecional de pico de 5000 veic/h? Qual o nível de serviço 
daqui a 4 anos, quando o volume deverá ser 5850 veic/h no 
período de pico? Se a taxa de crescimento da demanda é 4% 
ao ano, em quanto tempo deverá ser construída uma 4ª faixa 
adicional? 
 
O relevo é plano, a freeway está numa área urbana, existem 
10% de caminhões na corrente, o fator de hora-pico é 0,95 e a 
velocidade de fluxo livre é 110 km/h (medida por um estudo de 
velocidades). Adotar fP = 1 
36 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
Greides equivalentes: 
 Para analisar um trecho formado por rampas de diferentes 
inclinações: 
• Inclinação média: só se inclinação média < 4% e comprimento 
do trecho <1.2km 
• Greide equivalente: melhor opção. 
 
O greide é considerado equivalente quando a velocidade no 
final do greide é a mesma que a obtida no greide composto. 
O procedimento para determinação do greide equivalente 
utiliza as curvas de desempenho para um caminhão típico 
de relação massa/potência de 120 kg/kW. 
 
 
37 
Rodovias de Pista Dupla Expressas (Freeways) 
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Procedimento: 
 verificar se as diferenças em módulo entre greides 
consecutivos são maiores que 4%. 
• Sim: aproximar o efeito da curva vertical de concordância 
das duas rampas através de uma reta cuja inclinação é a 
média das inclinações das rampas anterior e posterior à 
curva. Logo determinar greide equivalente . 
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Procedimento: 
 verificar se as diferenças em módulo entre greides 
consecutivos são maiores que 4%. 
• Não: determinar greide equivalente 
 
 Determinar greide equivalente: procedimento através de 
exemplo 
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Exemplo Procedimento: 
 verificar se as diferenças em módulo entre greides consecutivos 
são maiores que 4%. 
 diferença em módulo entre os greides de –2% e 6% é igual a 8%, 
 
Sim: aproximar o efeito da curva vertical de concordância das 
duas rampas através de uma reta cuja inclinação é a média das 
inclinações das rampas anterior e posterior à curva. Logo 
determinar greide equivalente . 
 
• ½ × [6 + (-2)] = 2%. Supondo que o comprimento da curva 
vertical é 400 m, o comprimento da rampa de aproximação é igual 
a 200 m. 
 
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Exemplo Procedimento: 
 Dessa maneira, admite- se que o caminhão percorre uma rampa 
de 1200 m e 4% de inclinação, passando para uma rampa de 
800 m e 6%, depois para a rampa de aproximação com 200 m e 
2%, finalizando em uma rampa de 200 m e –2%. 
 
 Greide equivalente: 
 Gráfico curva desaceleração: 
1. determina-se na curva de desaceleração a velocidade de 
entrada na rampa de 4%, que é igual a 90 km/h (ponto a) 
 
2. mede-se uma distância horizontal de 1200 m a partir do 
ponto a, localizando o ponto b. Neste ponto, a velocidade 
aproximada do caminhão passa a ser aproximadamente 54 
km/h; 
 
 
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Exemplo Procedimento: 
 Greide equivalente: 
 Gráfico curva desaceleração: 
3. Como ocorre uma mudança de greide de 4% para 6%, 
utiliza-se a curva de 6%, com uma velocidade inicial igual 
à velocidade no final do greide de 4%. Dessa forma, traça-
se uma paralela ao eixo das abscissas passando pelo ponto 
b e cruzando a curva do greide de 6% no ponto b’; 
 
4. Conforme a etapa 3, marca-se uma distância de 800 m a 
partir do ponto b’, sendo obtido o ponto c, com velocidade 
aproximada de 35 km/h; 
 
 
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Exemplo Procedimento: 
 Greide equivalente: 
5. Gráfico curva aceleração: Como o próximo trecho tem 
magnitude de 2%, que é menor que 6%, o caminhão volta 
a acelerar. Assim, o ponto c’ deve ser marcado na curva de 
aceleração correspondente ao greide de 2%, de forma que a 
velocidade seja 35 km/h; 
 
6. Após percorrer 200 m do greide hipotético de 2%, a 
velocidade do caminhão é igual a 48 km/h (ponto d); 
 
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Exemplo Procedimento: 
 Greide equivalente: 
7. Oprocesso descrito na etapa 3 é repetido, sendo obtido o ponto 
d’, que representa a passagem do greide de 2% para o greide 
de –2%; 
 
8. A partir do ponto d’, o caminhão percorre mais 200 m até 
chegar ao final do trecho analisado (ponto e), com uma 
velocidade final de aproximadamente 67 km/h; 
 
 
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Exemplo Procedimento: 
Greide equivalente: 
O greide é considerado equivalente quando a velocidade no final 
do greide é a mesma que a obtida no greide composto. 
 
 velocidade final de aproximadamente 67 km/h; 
 rampa de inclinação constante e comprimento igual a 2400 m, 
de forma que a velocidade no final da rampa seja igual a 67 
km/h 
 
 
56 
 Utilizando as curvas de desaceleração apresentadas na 
Figura 6, determina-se a magnitude de uma rampa de 
inclinação constante e comprimento igual a 2400 m, de forma 
que a velocidade no final da rampa seja igual a 67 km/h 
(Figura 10). 
 
 
 
 
 
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58 
 Dessa forma, pode-se concluir que um greide 2,4% é 
equivalente ao greide composto mostrado na Figura 8. 
 
 Deve ser notado que a inclinação do greide equivalente é, 
nesse caso, menor que a inclinação média do trecho, 
ponderada pelas distâncias dos greides de cada segmento 
de rampa: 
 
 
 
 Dependendo da porcentagem de caminhões que percorre o 
trecho em questão, a diferença entre os equivalentes 
determinados para as inclinações de 2,4% e 4% pode variar 
entre 1,0 cp (p = 25%) e 2,5 cp (p = 2%). 
 
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Exercício 2 
Determinar o nível de serviço e a densidade (expressa em 
cp/km/faixa), no aclive de um trecho de freeway, com 4 faixas 
de rolamento (2 por sentido) e volume unidirecional de pico de 
2300 veic/h. 
 
O trecho é composto por um greide de 900 m e 3% de 
inclinação, seguido de um greide de 750 m e 5% de inclinação. 
A freeway em questão apresenta largura de faixas e 
acostamentos ideais, 15% de caminhões, FHP = 0,90. A 
velocidade de fluxo livre foi medida no local, sendo igual a 115 
km/h. Adotar fP = 0,95. 
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Exercício 3 
Determinar, para o aclive, o maior volume de tráfego e a 
velocidade média para que um trecho rural de uma freeway 
composto por uma rampa de 1300 m e 4,4% de inclinação 
opere no nivel de serviço D. No trecho analisado existe um 
entroncamento, o número de faixas por sentido é 3, a largura 
das faixas é 3,6 m e a largura do acostamento direito é 0,6 m. A 
corrente de tráfego é composta por 10% de caminhões, 2% de 
veículos recreacionais e 88% de automóveis. Adotar fp = 0,90 e 
FHP = 0,85. 
 
 
61 
Exercício 4 
Determinar o número de faixas de tráfego necessárias para 
uma freeway suburbana em que o volume de tráfego é 4000 
veíc/h (em um sentido), composto por 15% de caminhões e 3% 
de veículos recreacionais. A largura das faixas de tráfego é 3,6 
m, a largura do acostamento direito é 1,8 m, a densidade de 
entroncamentos é 0,9, o terreno é plano e o fator de hora-pico é 
0,85. 
62 
Exercício 5 
Determinar quantas faixas de tráfego serão necessárias numa 
nova freeway que está sendo planejada para uma zona urbana 
razoavelmente densa, para que o nível de serviço no período 
de pico não seja inferior a D. O relevo é ondulado, a previsão 
do VDMA para a via é de 75.000 veic/dia, a distribuição 
direcional por sentido é 55/45 e são previstos 10% de aminhões 
na corrente de tráfego. Adote FHP = 0,90, fP = 1,0 e K = 0,09 (K 
=fração do VDMA correspondente à hora-pico).