intersecoes viarias - semaforos [2013]

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InterseInterseçções viões viáárias: semrias: semááforosforos
Prof. J. R. SettiProf. J. R. Setti
Depto. de Engenharia de TransportesDepto. de Engenharia de Transportes
Escola de Engenharia de São CarlosEscola de Engenharia de São Carlos
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULOUNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Semáforos: componentes
FOCOS
CONTROLADOR
BOTOEIRA
Focos semafóricos para veículos
200 ou 300 mm diâmetro
Focos semafóricos para pedestres
250 ou 300 mm de lado
Controlador semafórico
Operação 
 Luz verde: prosseguir
 Luz amarela: vermelho iminente
 Luz vermelha: parar
Movimentos numa interseção
 Convergentes
mesmo destino, origens diferentes
 Divergentes
mesma origem, destinos diferentes
 Interceptantes
 origens em aproximações diferentes, 
cruzam-se na área de conflito
 Não-interceptantes
Movimentos conflitantes 
 Veículares:
 V1 e V3, 
 V1 e V4, 
 V2 e V3
 Veículos vs. pedestres:
 V1 e P4, V1 e P2
 V2 e P4, V2 e P3
 V3 e P1, V3 e P3
 V4 e P1, V4 e P2
P2P2
P3
P3
P1
P1
P4P4
V1
V2
V3
V4
Movimentos não-conflitantes 
 Veículares:
 V1 e V2, 
 V2 e V4,
 V3 e V4
 Veículos vs. pedestres:
 V1 e P1, V1 e P3
 V2 e P1, V2 e P2
 V3 e P2, V3 e P4
 V4 e P3, V4 e P4
P2P2
P3
P3
P1
P1
P4P4
V1
V2
V3
V4
Movimentos protegidos
 Realizados com 
estágio exclusivo e 
com preferência
Travessia de pedestresConversõe
• Faixas exclusivas
Movimentos pemitidos
 Realizados sem 
fase exclusiva
 Movimentos 
permitidos, mas 
conflitantes
P3
P1
V1
V2
Fase 1
Movimentos pemitidos
 Realizados sem 
fase exclusiva
 Movimentos 
permitidos, mas 
conflitantes
P2
P4
V3
V4
Fase 2
Gerenciamento de conflitos em 
cruzamentos viários
Causas:
1. Não enxerga gaps
 melhoria da visibilidade
2. Não há gaps suficientes
 aproveitamento dos 
gaps
 alternar passagem
3. Movimentos conflitantes
 redução dos conflitos
Problema: fila excessiva
Medidas alternativas ao semáforo
 Definir direito de passagem
 Melhorar a visibilidade
 Melhorar iluminação
 Melhorar sinalização vertical e 
horizontal
 Reduzir velocidade nas aproximações
 Adequação na geometria 
(canalização)
Medidas alternativas ao semáforo
 Proibir estacionamento
 Criar refúgios para pedestres
 Alterar a circulação
 Inverter a preferência
 Implantar (mini)rotatória
 Travessia segura para pedestres
 Reforçar sinalização de advertência
Consequências da implantação 
de semáforos
JUSTIFICADA
 Segurança viária
 Melhor fluidez para 
todas as vias
 Redução de conflitos
 Redução de atrasos
 Maior credibilidade 
da sinalização
INJUSTIFICADA
 Mais acidentes
 Atrasos excessivos
 Indução ao 
desrespeito da 
sinalização
 Descrédito
 Gastos desnecessários
Procedimentos para implantar e 
avaliar semáforos
1. Vistoria (diferentes dias e horários)
2. Coleta de dados (segurança e fluidez)
3. Avaliar a necessidade do semáforo
4. Definir sinalização complementar
5. Elaborar o projeto
6. Divulgar a implantação
7. Implantação do semáforo e sinalização 
complementar
Procedimentos para implantar e 
avaliar semáforos
8. Acompanhamento da operação inicial
9. Coleta de dados rotineira (segurança e 
fluidez)
10. Avaliação rotineira da programação
Instalações semafóricas 
típicas
Com fase exclusiva para pedestres
P1P1
P1
P1
P1
P1
P1P1
V1
V2
V1
V2
1 2 3
Diagrama de estágios
P1
Diagrama de tempos
V1
V2
C
G1 Y1 R1
R2’ R2”
R3 R3*G3
G2
P1
Y2
Conversão à esquerda não 
protegida
V2
V1
V3
Estágio 1 Estágio 2
V1, V2
Diagrama de tempos
C
G1,2 Y1,2 R1,2
R3 G3 Y3
V3
V1
V3
V2
Conversão à esquerda protegida
V2
V1
V3
V1 V2 V3
Estágio 1 Estágio 2 Estágio 3
C
G1 Y1 R1
G2 Y2 R2
G3 Y3R3
V1
V2
V3
Diagrama de tempos
Conversão à esquerda protegida
(com lente seta)
V2
V1
V4
V3
GF1
G
F
4
G
F3
G
F2
V1
V2
V3 V4
V2
Estágio 1 Estágio 2 Estágio 3
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3
GF1
GF2
GF3
GF4
C
Conversão à esquerda protegida
(com lente seta) – alternativa 2
V2
V1
V4
V3
GF1
G
F
4
G
F3
G
F2
V1
V2
V3V4
V2
Estágio 1 Estágio 2 Estágio 3
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3
GF1
GF2
GF3
GF4
C
Interseção em T
Diagrama de Tempos Diagrama de Fases
Diagrama de Estágios
V1
V2
V3
V4
V5
G
F3
G
F2
Critérios para verificação da 
necessidade de semáforos
 Manual on Uniform Traffic Control 
Devices (MUTCD) FHWA
 11 critérios
 Nenhum satisifeito: não há razão 
para instalar semáforo
 Pelo menos 1 critério atendido: 
pode haver necessidade de 
semáforo
Critério 1: Volume veicular 
mínimo em 8 horas do dia
2005002 ou +1
2006002 ou +2 ou +
15060012 ou +
15050011
Secundária2Principal1SecundáriaPrincipal
Volume (veic/h)Número de faixas
1 total nos dois sentidos
2 no sentido mais movimentado
Critério 2: Interrupção de fluxo 
contínuo (8 horas no dia)
1007502 ou +1
1009002 ou +2 ou +
7590012 ou +
7575011
Secundária2Principal1SecundáriaPrincipal
Volume (veic/h)Número de faixas
1 total nos dois sentidos
2 no sentido mais movimentado
Critério 3: Volume mínimo de 
pedestres
 Locais com fluxo significativo de 
pedestres
 Critério 3.1:
 4 horas do dia Vped ≥ 100 ped/h; e
Menos de 60 gaps/h no fluxo
 Critério 3.2:
Na hora de pico Vped ≥ 190 ped/h; e
Menos de 60 gaps/h no fluxo
Critério 4:
Cruzamento de escolares
 Análise de tamanho e frequência de 
gaps para atravessar a rua
 Critério:
menos de 1 gap/minuto nos 
períodos de entrada/saída de 
escolares 
 Botoeira para acionamento do 
semáforo
Critério 5: Sistema de 
progressão semafórica
 Para garantir a progressão dos 
pelotões em uma via arterial
Critério 6:
Histórico de acidentes
 Outras alternativas não reduziram 
acidentes
 Critério:
 12 meses anteriores houve 5+ 
acidentes com vítima ou graves que 
poderiam ser evitados pelo 
semáforo; e
 80% dos 3 primeiros critérios
Critério 7:
Cruzamentos complexos
 Volume mínimo
 na hora de pico em dia útil ≥ 1000 
veic/h; ou
 em 5 das 48 horas do final de 
semana ≥ 1000 veic/h
 Onde se aplica 
 cruzamento de 2 arteriais; ou
 interseções complexas (5 ou mais 
aproximações)
Critério 8:
Combinação de critérios
 Nenhum dos critérios de 1 a 7 são 
satisfeitos; e
 Critérios 1 e 2 são satisfeitos se 
volumes forem 80% do mínimo
Critério 9: Volume das 4 horas 
mais congestionadas do dia
Critério 10: 
Atraso na hora pico
 Medir volumes na principal e 
secundária
 Atraso total na secundária durante 
60 minutos (4 intervalos de 15 min)
Critério 10: 
Atraso na hora pico
 1 faixa de tráfego na via secundária
Atraso totalsec > 4 veic.h; e
Vsec > 100 veic/h; e
Vprinc > 800 veic/h (4 aproximações); ou 
Vprinc > 650 veic/h (3 aproximações)
Critério 10: 
Atraso na hora pico
 2 ou mais faixas de tráfego na via 
secundária
Atraso totalsec > 5 veic.h; e
Vsec > 150 veic/h; e
Vprinc > 800 veic/h (4 aproximações); ou 
Vprinc > 650 veic/h (3 aproximações)
Critério 11:
Volume na hora pico
Intervalo entre verdes 
 Luz amarela avisa os 
motoristas sobre a perda 
iminente do direito de 
passagem
 Ao ver a luz amarela, o 
motorista deve decidir entre:
 parar com segurança
 prosseguir e atravessar o 
cruzamento antes do final 
da luz amarela
Intervalo entre verdes
 Tempo entre o fim do verdede um 
estágio e o ínicio do verde de outro 
estágio (amarelo ou amarelo + 
vermelho geral)
Intervalo entre verdes
Aproximação 1
Aproximação 2
Intervalo entre verdes
 Tempo entre o fim do verde de um estágio e 
o ínicio do verde de outro estágio (amarelo 
ou amarelo + vermelho geral)
Intervalo entre verdes
V
er
m
el
h
o
 g
er
al Aproximação 1
Aproximação 2
Quando o motorista toma 
a decisão errada...
Se não for possível parar com segurança,
pode ocorrer uma colisão traseira
Quando o motorista toma 
a decisão errada...
Se não for possível parar com segurança,
pode ocorrer uma colisão transversal
Intervalo entre verdes:
atravessando o cruzamento com 
segurança
 Se o carro estiver até dr da faixa de 
retenção, consegue atravessar o 
cruzamento com segurança até o final 
do amarelo
dr
rd v A= ⋅rd v A= ⋅
Intervalo entre verdes:
parando com segurança 
 Para conseguir parar com segurança 
até a faixa de retenção, o carro precisa 
de uma distância de frenagem
2
2 ( )s r b
v
d v t
g f mη
= ⋅ +
⋅ ⋅ ±
ds
Intervalo entre verdes:
zona de opção
 Pode-se tanto prosseguir ou parar com 
segurança se o carro estiver a uma 
distância d da faixa de retenção
dr > d > ds
ds
dr
Intervalo entre verdes:
zona de dilema
 O motorista não pode parar com 
segurança nem prosseguir com 
segurança se
dr < d < ds
dr
ds
 Período entre verdes
 Recomenda-se usar 
 δ = 1 s, a = 0,31 g e L = 5 a 6 m 
 Intervalo entre verdes deve ser de 3 a
5 segundos
 se maior, usar vermelho geral
0
min
02 2
u W L
a g m u
τ δ += + +
± ⋅ ⋅
Intervalo entre verdes:
método do ITE
vermelho 
geralamarelo
Intervalo entre verdes:
valores indicados
 Velocidade máxima ≤ 40 km/h: 
tamarelo ≤ 3 segundos
 Velocidade máxima de 50 a 60 km/h: 
tamarelo > 4 s
 Velocidade máxima = 70 km/h
tamarelo = 5 s
restante do entre verdes: vermelho geral
 3 s < tamarelo ≤ 5 s, ∀ tvermelho geral
 Objetivo: achar o ciclo que minimiza o 
atraso médio sofrido pelos motoristas
d: atraso médio/veículo na aproximação [s]
C: comprimento do ciclo [s]
θ: verde efetivo/ciclo, θ = g/C
q: fluxo na aproximação [veic/s]
s: fluxo de saturação [veic/(s.faixa)]
x: grau de saturação, x = q/(θ.s)
2 2
(2 5 )
2
(1 ) 1
0,65
2(1 ) 2(1 )
x C
d C x
x q x q
θθ
θ
+−
= + ⋅ −
− −
O método de Webster
Tamanho do ciclo × atraso médio
Ciclo
A
tr
as
o
 m
éd
io
Cótimo
dmínimo
Método de Webster: 
determinação do ciclo ótimo
 Comprimento do ciclo para o qual o 
atraso total na interseção é mínimo
Co: comprimento ótimo para o ciclo [s]
L: tempo perdido total por ciclo [s]
Yi: relação qi/si para a aproximação crítica no estágio i
n: número de estágios
1
1,5 5
1
o n
ii
L
C
Y
=
⋅ +
=
−
=
i
i
i
volume
Y
fluxo saturação
Método de Webster: 
determinação do ciclo ótimo
 Ciclo ótimo
=
⋅ +
=
−
1
1,5 5
1
o n
i
i
L
C
Y
 
=
 
 estágio 
volume do movimento crítico
fluxo de saturação
i
i
Y
V1
V3
V2
V2
V1
V3
Estágio 1 Estágio 2
Método de Webster: ciclo ótimo
 Ciclo ótimo:
 Fornece maior aproveitamento do 
ciclo (volume/fluxo de saturação)
 Tempo suficiente para acabar com a 
fila nos movimentos críticos de cada 
fase
1
1,5 5
1
o n
ii
L
C
Y
=
⋅ +
=
−
=
i
i
i
volume
Y
fluxo saturação
Método de Webster: ciclo ótimo
Ciclo
A
tr
as
o
 m
éd
io
Co
dmínimo
0,75 Co 1,5 Co
Método de Webster: ciclo ótimo
 Ciclo ótimo:
 Fornece maior aproveitamento do 
ciclo (volume/fluxo de saturação)
 Para 0,75Co ≤ C ≤ 1,5Co o atraso total 
não varia muito
 Alta sensibilidade a erros no fluxo de 
saturação e nos volumes
1
1,5 5
1
o n
ii
L
C
Y
=
⋅ +
=
−
=
i
i
i
volume
Y
fluxo saturação
Fluxo de saturação e 
tempo perdido no estágio
Via principal
Secundária
Vermelho
geral
Vermelho
geral
Tempo
Fl
u
xo
 d
e 
tr
áf
eg
o
Fluxo de saturação
Tempo de verde efetivo
Tempo perdido 
no início 
do estágio
Tempo perdido 
no final 
do estágio
Método de Webster: 
Alocação de verde efetivo
 Tempo total de verde efetivo gT
 Deve ser dividido entre os n intervalos
 Verde efetivo para intervalo i
1
n
T i
i
g C L C
=
= − = −
1
n
T i
i
g C L C
=
= − = −
1
i
i T n
i
i
Y
g g
Y
=
= ⋅

1
i
i T n
i
i
Y
g g
Y
=
= ⋅

Tempo de luz verde no intervalo
Via principal
Vermelho
geral
Tempo
Fl
u
xo
 d
e 
tr
áf
eg
o
Fluxo de saturação
Tempo de verde efetivo
Tempo perdido 
no início 
do estágio
Tempo perdido 
no final 
do estágio
+ +verdeT vgamareloT T
= −+ + −verdeT vginicial amarelofinalg tp tp T T
+ +inicial finaltp g tp
Método de Webster:
passos para aplicação
1. Para cada intervalo, ache o volume qi do 
movimento crítico
2. Para cada intervalo, ache o fluxo de saturação si
3. Para cada intervalo, ache
4. Calcule o tempo perdido para cada intervalo ℓi
5. Calcule o ciclo ótimo Co
=
 
 
 
max ii
i
q
Y
s
6. Calcule o tempo total de verde efetivo gT
7. Distribua gT entre os intervalos (gi)
8. Construa o diagrama de tempos obedecendo às 
regras:
 tempo mínimo de verde gi é 15 s
 tempo de ciclo C deve ser múltiplo de 5 s (C
< 90 s) ou 10 s (C > 90 s)
 arredonde intervalos para o segundo mais 
próximo
Método de Webster:
passos para aplicação
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
a) Levantamento do local
Rua A
R
u
a 
B
10
 m
8 m
Centro Bairro
40
 k
m
/h
40 km/h
6 m
6 m
6 m
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
b) Período de abrangência: 
 7:00–9:00, dias úteis
c) Ciclo máximo: 120 s
d) Estudo dos movimentos:
 Aproximação 1: Rua A, centro→bairro
 Aproximação 2: Rua A, bairro →centro
 Aproximação 3: Rua B
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
d) Movimentos e aproximações
Rua A
R
u
a 
B
Centro Bairro
Aproximação 3
A
p
r
o
x
i
m
a
ç
ã
o
 
1 A
p
ro
xi
m
aç
ão
 2
M
V
 
1
M
V
 
2
M
V
 3
M
V
 4
MV 5
MV 6MV 7
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
e) Determinação dos grupos de movimentos
 GM1 = MV1 e MV2
 GM2 = MV3 e MV4
 GM3 = MV5 , MV6 e MV7
f) Definição do diagrama de estágios
GM1
GM2
Estágio 1 Estágio 2
GM3
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
g) Definição dos grupos semafóricos
Rua A
R
u
a 
B
Centro Bairro
Aproximação 3
A
p
r
o
x
i
m
a
ç
ã
o
 
1 A
p
ro
xi
m
aç
ão
 2
G1
G1
G2
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
h)Definição dos parâmetros de segurança 
dos grupos de movimentos
 Tempo de verde de segurança:
12 s para todos os grupos de movimentos
 Intervalos entre verdes
 mesmo tempo de amarelo para todas as 
aproximações (características similares)
0
min
02 2
u W L
a g m u
τ δ += + +
± ⋅ ⋅
vermelho 
geralamarelo
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
 Tempo de amarelo
=
=
=
= + = + =
± ⋅ ⋅ ×
0
0
1,0 s
11,1 m/s (vias coletoras)
0 (trecho plano)
11,1
1,0 2,9 s
2 2 2 3,0amarelo
u
m
u
t
a g m
δ
δ
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
 Tempo de vermelhogeral
= + =
= + =
+ +
= = =
+ +
= = =
21
22
21
1
0
22
2
0
6 8 14 m (para GM1 e GM2, estágio 1)
6 10 16 m (para GM3, estágio 2)
14 5
1,7 s (estágio 1)
11,1
16 5
1,9 s (estágio 2)
11,1
vg
vg
W
W
W L
t
u
W L
t
u
Cálculo dos tempos de um cruzamento 
semaforizado (Item 7.2.2)
 Intervalo entre verdes
= + =
 
 
 
= + =
 
= + = + =
1
2
2,9 1,7 4,6 s (estágio 1)
5 s
2,9 1,9 4,8 s (estágio 2)
3 2 5 s (para os dois estágios)
ev
ev
ev
ev am vg
t
t
t
t t t
vermelho 
geralamarelo
Semáforos isolados e 
redes semafóricas
 Semáforos isolados: 
 método de Webster 
para dimensionar o 
ciclo
 Semáforos próximos: 
 chegadas em grupo 
(pelotões)
 rede aberta
 progressão semafórica
Sistemas de progressão semafórica
 ““Onda verdeOnda verde””
 OffsetOffset: : 
 defasagem na defasagem na 
abertura dos abertura dos 
semsemááforosforos
 tempo para viajar tempo para viajar 
da base atda base atéé o o 
semsemááforoforo
3,6 ioff
D
t
V
= ⋅3,6 ioff
D
t
V
= ⋅