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1/41 APOSTILA DE ESTRADAS E TRANSPORTES – UNIDADE 1 – 2014/2 – PROFESSOR FELIPE ALVES Trânsito x Tráfego (FARIA, 2002) Segundo o “Novo Dicionário da Língua Portuguesa”: TRÂNSITO: “ato ou efeito de caminhar; marcha. Ato ou efeito de passar; passagem. Movimento, circulação, afluência de pessoas ou de veículos”; TRÁFEGO: “transporte de mercadorias em linhas férreas ou em rodovias”. Segundo a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas: TRÂNSITO: “ação de passagem de pedestres, animais, e veículos de qualquer natureza por vias terrestres, aquáticas e aéreas, abertas à circulação pública. Usada especialmente para definir circulação rodoviária, urbana ou rural”; TRÁFEGO: “estudo da passagem de pedestres, animais e veículos, de qualquer natureza, por vias terrestres, aquáticas e aéreas, abertas ao trânsito público”. Além das definições sobre TRÂNSITO e TRÁFEGO apresentadas anteriormente, há muitas outras. Quando comparamos as diversas definições sobre TRÂNSITO e TRÁFEGO existentes, fica difícil diferenciar claramente um termo do outro. Portanto, estes dois termos podem ser considerados sinônimos. Atualmente, no entanto, há uma tendência de se considerar TRÂNSITO o deslocamento de pessoas, animais e/ou veículos, em termos gerais, e TRÁFEGO, o deslocamento de pessoas, animais, veículos e/ou mercadorias através de meios apropriados, com origens e destinos definidos, sujeito a algum tipo de ordenamento. A tabela 1, apresentada a seguir, ilustra esta tendência. 2/41 Tabela 1 – Exemplos de TRÂNSITO e TRÁFEGO, de acordo com a tendência atual de definição destes termos (adaptada de FARIA, 2002). Trânsito Tráfego Pessoas passeando em praça, parque, praia, etc. Pessoas atravessando a faixa de pedestres Voo de ultraleve, asa-delta, parapente, etc. Voo comercial Passeio de jet-ski, pessoas praticando surfe, kitesurf, windsurf, etc. Navegação de cabotagem e de longo curso Definição da Engenharia de Tráfego (GOLDNER, 2008) Ramo da Engenharia de Transportes que se relaciona com o Projeto Geométrico, o planejamento e a operação do tráfego de estradas e vias urbanas, suas redes, seus terminais, o uso do solo adjacente e seu inter-relacionamento com os outros meios de transporte (definição do ITE – Institute of Traffic Engineering). Finalidade Proporcionar a movimentação segura, eficiente e confortável de pessoas, animais, veículos e mercadorias, com o menor custo possível. Histórico (COLEÇÃO NOSSO SÉCULO BRASIL, 1985; GOLDNER, 2008; CUCCI NETO, 1996; MEMÓRIA, 1990) O primeiro automóvel começou a circular em 1886, na Alemanha. O primeiro motor a gasolina começou a circular em 1888, em Nova York, nos EUA. Os primeiros automóveis começaram a circular no Brasil no em 1893: Henrique Santos Dumont, irmão mais velho do “pai da aviação”, Alberto Santos Dumont, transitou em São Paulo com um carro a vapor pela Rua Direita. Em 1900, circulava no Brasil o primeiro carro com motor a explosão. 3/41 A primeira vítima fatal no trânsito registrada nos Estados Unidos foi um pedestre, em 1899 (CET, 1993). O primeiro acidente de trânsito no Brasil envolvendo automóveis que se tem notícia foi protagonizado por uma figura ilustre - Olavo Bilac. O poeta e escritor tentava aprender a dirigir quando chocou o carro do amigo José do Patrocínio contra uma árvore, na Estrada Velha da Tijuca, no Rio de Janeiro, em 1897. Em 1900, surgiram as primeiras regulamentações para o uso do automóvel. Em 1903, o prefeito de São Paulo, Antônio Prado, tornou obrigatória a inspeção dos automóveis e regulamentou a velocidade: - “nos lugares estreitos ou onde haja acumulação de pessoas, a velocidade será a de um homem a passo. Em caso algum poderá a velocidade ir além de 30 km/h”. Nessa época, os acidentes de trânsito com pedestres ainda não eram conhecidos por “atropelamento”, mas sim como “desastres”. A Engenharia de Tráfego surgiu com o advento do automóvel. O primeiro semáforo foi instalado em Houston, Texas, em 1921, e o primeiro sistema de semáforo coordenado, também, na mesma cidade, em 1922. No Brasil, a Engenharia de Tráfego configurou-se como um ramo da Engenharia de Transportes a partir da década de 50, fruto do crescente processo de urbanização, impulsionado pela intensificação da industrialização, principalmente da indústria automobilística. Elementos da Engenharia de Tráfego (GOLDNER, 2008) Estudo das características do tráfego Estudo dos usuários da via; Estudo dos veículos; Estudo da velocidade, tempo de viagem e os atrasos; Volume de tráfego; Origem/destino; Capacidade viária; Estudo do estacionamento; Acidentes; Transporte público. 4/41 Operação do tráfego Medidas regulamentadoras: Leis e normas; Regulamentação da operação; Planos de controle de tráfego. Planejamento de tráfego Projeção de soluções futuras com base no estudo das características atuais das viagens urbanas, principalmente para o transporte público; Avaliação dos impactos decorrentes de eventuais modificações no sistema de transportes. Projeto Geométrico Projeto de vias, interseções, estacionamentos e terminais. Administração Deve ser realizada por meio de órgãos específicos de gestão de tráfego, os quais são encarregados da criação e aplicação tanto de programas de educação no trânsito quanto da legislação regulamentadora. O Código de Trânsito Brasileiro (CTB), promulgado em setembro 1997 e em vigor desde janeiro de 1998, possibilitou a “municipalização do tráfego” (Art. 24 do CTB). Os municípios passaram a ter a possibilidade de gerir seu tráfego. Esta era uma atividade exclusiva do Estado, exercida através dos DETRAN’s. Órgãos gerenciadores de tráfego dos municípios: CPTrans (Petrópolis); NitTrans (Niterói); CET (São Paulo); CET-Rio (Rio de Janeiro); BHTrans (Belo Horizonte); 5/41 Empresas de consultoria; Rodovias privatizadas. O Sistema de Tráfego é função de 3 ações distintas, que devem ser aplicadas continuamente e em conjunto para surtirem efeito, e que são conhecidas como tripé (ou pilares) dos 3 E’s, do inglês: Engeneering (Engenharia): age através do desenvolvimento de projetos – Projeto Geométrico e Projeto de Sinalização Viária – e da gestão do tráfego; Education (Educação): ensino de normas e condutas corretas aos usuários do Sistema de Tráfego e do constante reforço a essas atitudes. Visa conscientizar as pessoas da importância do respeito a essas atitudes; Enforcement (Fiscalização): corresponde ao policiamento constante para verificação da obediência das pessoas às leis e regras de trânsito, orientando e, quando necessário, multando ou tomando outras providências legais. Variáveis do tráfego Usuários; Veículo; Via; Ambiente. Usuários (GOLDNER, 2008; FARIA, 2002) Classificação Motoristas; Pedestres. 6/41 Motoristas Reação a estímulos externos: P – Perception (percepção): a sensação é recebida pelos sentidos, transmitida ao cérebro e reconhecida; I – Identification (Identificação): envolve identificação e compreensão (relacionado com recordações anteriores); E – Emotion (emoção) ou judgment (julgamento): envolve o processo de decisão (parar, ir ao lado, etc.); V – Volition (volição) ou reaction (reação): execução da decisão. O tempo total de percepção e reação, conhecido como PIEV, corresponde ao somatório dos intervalos de tempo relacionados à reação a estímulos externos dos motoristas (P + I + E + V). A AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) recomenda os seguintes valores para o PIEV, nos quais já está embutido um fator de segurança: 2,5 s para definição de distância totalde parada; 2,0 s para definição da distância de visibilidade em interseções. Fatores visuais na percepção e reação: Acuidade visual: a acuidade visual máxima do ser humano está na faixa de 3 a 5 graus. Dentro deste cone, o ser humano percebe o máximo de detalhes do objeto observado. O cone de “boa visão”, usado para a leitura, é de 10 a 12 graus. Até esta faixa, o ser humano é capaz de distinguir formas e cores satisfatoriamente. Visão periférica: estende-se, no plano horizontal, até a faixa de 120 a 180 graus e, no plano vertical, até 145 graus. Neste campo de visão, o indivíduo não é capaz de distinguir formas satisfatoriamente, nem mesmo cores. 7/41 Percepção do movimento: Estimar distâncias e velocidades, prevendo possíveis colisões. Audição na percepção: Reação à buzina. Complexidade da tarefa de dirigir: Operar o automóvel; Observar o tráfego de automóveis; Observar o tráfego de pedestres; Conhecer e escolher as rotas; Compreender a sinalização; Distrações por motivos externos ou internos. Fatores físicos, mentais e emocionais: Variabilidade dos motoristas (quanto à idade, sexo, conhecimento e habilidade ao dirigir, nervosismo, impaciência, etc.); Quanto ao desejo dos motoristas (motivação para a viagem). Efeito da fadiga (mental ou física): Proveniente de vibrações, excesso de calor, longos períodos sem pausa, doenças, etc. Motorista x Veículo: Altura e posição das pernas, assentos, etc. 8/41 Pedestres (GOLDNER, 2008) Estudos dos locais onde ocorrem altas taxas de atropelamentos; Fatores físicos, mentais e emocionais; Velocidade de caminhada: 1,0 a 1,5 m/s; Tempo total de percepção e reação: 4,0 a 5,0 segundos. Veículo (GOLDNER, 2008; PIMENTA, 2004; FARIA, 2002) Classificação Básica dos Veículos BICICLOS: motocicletas e bicicletas com ou sem motor. Não influenciam muito a capacidade das vias. Bastante envolvidos em acidentes. LIGEIROS: automóveis e veículos de turismo pequenos. Transportam 4 a 9 pessoas. Incluem caminhões e pequenos furgões – carga útil < 2 ton. Representam a maior porcentagem do fluxo de tráfego. PESADOS: caminhões e ônibus. Transporte de mercadorias pesadas e transporte coletivo de pessoas. ESPECIAIS: tratores agrícolas, máquinas de obras públicas, etc. Grandes dimensões e lentidão de movimentos. Vias não dimensionadas para estes veículos. Atividades da Engenharia de Tráfego que envolvem as características dos veículos Projeto Geométrico de vias rurais e urbanas; Projeto de Sinalização Viária; Estudo da capacidade das vias; Estudo da segurança de tráfego; etc. Normas para o Projeto Geométrico CET (vias urbanas – Brasil); AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials (normas americanas). 9/41 Características operacionais Raio de giro mínimo: Raio crítico da roda interna traseira; Raio crítico da roda externa dianteira; Raio do ponto extremo dianteiro externo (ponta externa do para-choque dianteiro); Raio do ponto extremo traseiro externo (ponta externa do para-choque traseiro); Sobrelargura da via necessária na curva. O raio de giro mínimo encontra-se ilustrado na figura 1, apresentada a seguir. 10/41 Figura 1 – Raio de giro mínimo (GOLDNER, 2008). 11/41 Aceleração: Utilizada para determinar: Tempo para o veículo atravessar a interseção; Distância requerida para ultrapassar outro veículo (distância de visibilidade de ultrapassagem); A brecha aceitável. Taxa de aceleração: Automóveis médios: 0,85 a 2,20 m/s²; Automóveis esportivos: 3,33 a 4,50 m/s²; Veículos comerciais: 0,21 a 0,56 m/s². A capacidade de aceleração de um veículo depende de seu peso, das diversas resistências que se opõem ao movimento e da potência transmitida pelas rodas. Frenagem: Distância de frenagem (S): distância percorrida pelo veículo desde o momento em que o pedal do freio é acionado, iniciando a desaceleração, até a parada total do veículo. Na verdade, a distância de frenagem é apenas uma parcela da distância total de parada (ou distância de visibilidade de parada), que inclui o PIEV. Em outras palavras, a distância total de parada vai desde a ocorrência do estímulo até a parada total do veículo e, por isso, é mais útil do que a distância de frenagem como parâmetro de projeto. Para rodovias em nível: S = f . 254 v 2 Para rodovias em rampa de subida (aclive): S = )i (f . 254 v 2 Para rodovias em rampa de descida (declive): S = )i (f . 254 v 2 onde: S = distância de frenagem (m); v = velocidade do veículo (km/h); f = coeficiente de atrito longitudinal (adimensional); 12/41 i = tangente do ângulo de inclinação da rampa com a horizontal (adimensional). A distância de frenagem (S) pode ser calculada com base na perda de energia (no caso, cinética) do veículo. Admitindo-se que a rodovia esteja em nível e que a força que freia o veículo (Fat) seja constante durante toda a frenagem, o trabalho desenvolvido por esta força será igual à perda de energia cinética do veículo. Logo: Fat . S = 2 v . m 2 sendo: Fat = m . g . f onde: F = força que freia o veículo (ou força de atrito); S = distância de drenagem; m = massa do veículo; v = velocidade do veículo no início da frenagem; g = aceleração da gravidade; f = coeficiente de atrito longitudinal pneu x pavimento. Isolando-se “S” a partir das duas expressões anteriores, obtém-se: S = f . g . 2 v 2 = f . m/s 9,81 . 2 (km/h) 2 2 = f . m/s 9,81 . 2 s) 60] . m/[60 (1000 2 2 = f . m/s 9,81 . 2 m/s) (1/3,6 . m/s) (1/3,6 2 S ≈ 0,0039 . f v 2 ≈ S ≈ f . 254 v 2 onde: S = distância de frenagem (m); v = velocidade do veículo (km/h); 13/41 f = coeficiente de atrito longitudinal (adimensional). Distância total de parada (ou distância de visibilidade de parada) (d) d = dPIEV + S Para rodovias em nível: v = t S = PIEV dPIEV dPIEV = v . PIEV = v . 2,5 s = km/h . 2,5 s = 1000 m/(60 . 60) s . 2,5 s = 1/3,6 m/s . 2,5 s dPIEV ≈ v (km/h) . 0,7 Para rodovias em rampa de subida ou de descida: dPIEV = v . 0,7 . cos onde: d = distância total de parada (m); dPIEV = distância percorrida durante o PIEV (m); S = distância de frenagem (m); v = velocidade do veículo (km/h); = ângulo de inclinação da rampa com a horizontal (graus). O valor de “f” a ser adotado não é constante para todas as velocidades. Testes mostram que esse coeficiente de atrito decresce à medida que a velocidade aumenta. Vários fatores influem no valor do coeficiente “f”: material, desenho dos sulcos e pressão dos pneus, tipo e condição da superfície do pavimento e, principalmente, a presença de água. O coeficiente de atrito para pavimento seco é bem maior que o coeficiente de atrito para pavimento molhado. 14/41 Para o cálculo da distância de frenagem, a AASHTO adotou, por questão de segurança, valores do coeficiente de atrito para a condição de pavimento molhado. Testes analisados por esse órgão mostram que os valores adotados na Tabela 2, a seguir, para pavimento molhado em boas condições, também são válidos para pavimento seco muito deteriorado, próximo ao fim de sua vida útil. Tabela 2 – Valores de coeficientes de atrito (f), para diferentes valores de velocidade, sugeridos pela AASHTO. Velocidade de projeto (km/h) Coeficiente de atrito, f (adimensional) 30 0,40 40 0,38 50 0,35 60 0,33 70 0,31 80 0,30 90 0,30 100 0,29 110 0,28 120 0,28 OBS: A distância total de parada deve ser respeitada em todas as rodovias e estradas, ao longode todo o seu percurso. Via Segundo o CTB – Código de Trânsito Brasileiro: “VIA: superfície por onde transitam veículos, pessoas e animais, compreendendo a pista, a calçada, o acostamento, ilha e canteiro central”. 15/41 Classificação das vias (GOLDNER, 2008) Quanto ao gênero: Aerovias; Dutovias; Ferrovias; Hidrovias; e Rodovias. Quanto à espécie: Urbanas: dentro da área urbanizada; Interurbanas: ligando duas áreas urbanizadas, pertencentes ao mesmo município; Metropolitanas: contidas em uma região metropolitana; Rurais: com os dois extremos localizados fora das áreas urbanizadas. Quanto à posição: Disposição espacial na malha viária e posição relativa aos núcleos urbanizados ou polos de interesse, urbano/metropolitano (ver figura 2, a seguir). Radiais: vias que convergem dos bairros para o centro; Perimetrais: vias de contorno; Longitudinais: vias direção Norte-Sul; Transversais: vias na direção Leste-Oeste; Anulares: vias que circundam o núcleo urbanizado; Tangenciais: vias que tangenciam o núcleo urbanizado; Diametrais: vias que cruzam o núcleo urbanizado ou polo de interesse, tendo suas extremidades fora dele. 16/41 Figura 2 – Classificação das vias quanto à posição (GOLDNER, 2008). Quanto ao tipo: a) Em relação à superfície natural do terreno Em nível; Rebaixadas; Elevadas; e Em túnel. b) Em relação ao número de pistas Simples; e Múltiplas. c) Quanto à natureza da superfície de rolamento (rodoviário) Pavimentadas; Simplesmente revestidas; e Em terreno natural. 17/41 d) Em relação às condições operacionais (uso/regra de circulação) Sentido único de circulação; Sentido duplo de circulação; Reversível; Interditada (a alguns ou todos os veículos); e Com ou sem estacionamento. e) Quanto à jurisdição Federal; Estadual; Municipal; e Particular. Classificação funcional das vias O quadro 1, a seguir, apresenta a classificação funcional das vias urbanas e rurais, de acordo com o CTB – Código de Trânsito Brasileiro. 18/41 Quadro 1 – Classificação funcional das vias, de acordo com o CTB. 19 Classificação funcional das vias urbanas: VIAS DE TRÂNSITO RÁPIDO (OU VIAS EXPRESSAS). Deslocamentos de longa distância. Não dão acesso a lotes lindeiros. Para entrar ou sair delas, só através de acessos especiais. Para que uma via expressa apresente sentido duplo de circulação, é necessário haver mais de uma pista, ou seja, via múltipla, na qual as pistas são separadas por um obstáculo físico central (mureta, canteiro central, guard rail, etc.), com cada pista apresentando sentido único de circulação e havendo, pelo menos, uma pista com sentido de circulação oposto da(s) outra(s). Não apresentam interseção em nível. Não apresentam travessia de pedestres em nível. Não apresentam semáforo. Velocidade máxima = 80 km/h. VIAS ARTERIAIS. Ligação entre os bairros. Dão acesso a lotes lindeiros e às vias locais. Permitem interseção em nível. Permitem travessia de pedestres em nível. Por serem vias de fluxo intenso de veículos, suas interseções em nível geralmente precisam ser controladas por semáforos. Velocidade máxima = 60 km/h. VIAS COLETORAS. Circulação nos bairros. Destinadas a coletar e distribuir o tráfego que tenha necessidade de entrar ou sair das vias de trânsito rápido ou arteriais. Permitem interseção em nível. Permitem travessia de pedestres em nível. Suas interseções em nível podem ser controladas por semáforos. Velocidade máxima = 40 km/h. VIAS LOCAIS. Destinadas apenas ao acesso local ou a áreas restritas. Permitem interseção em nível. Geralmente não apresentam travessia de pedestres em nível. 20 Por serem vias de baixo fluxo de veículos, suas interseções em nível geralmente não são controladas por semáforos. As vias pertencentes a condomínios fechados deverão ser geridas pelo próprio condomínio. Velocidade máxima = 30 km/h. A figura 3, a seguir, ilustra a classificação funcional das vias urbanas. Figura 3 – Classificação funcional das vias urbanas (fonte: Cepam). 21 Classificação funcional das vias rurais: RODOVIAS. Pavimentadas. Velocidade máxima = 110 km/h para automóveis, camionetas e motocicletas; 90 km/h para ônibus e micro-ônibus; e 80 km/h para os demais veículos (caminhões, carretas, etc.). ESTRADAS. Não pavimentadas. Velocidade máxima = 60 km/h. Ambiente Não é controlável; Devem ser tomadas medidas para prevenção de enchentes, queda de blocos, deslizamentos, nevoeiros, etc. Características do tráfego (IPR-723, 2006; IPR-740, 2010) O volume, a velocidade e a densidade são características fundamentais dos aspectos dinâmicos do tráfego. A análise destes três elementos permite a avaliação global da fluidez do movimento geral de veículos. Volume de Tráfego Define-se volume de tráfego (ou fluxo de tráfego) como o número de veículos que passam por uma seção de uma via, durante um intervalo de tempo. Conforme o objetivo do estudo, o volume de tráfego pode referir-se a um ou dois sentidos de circulação, ou pode ser considerado apenas uma parcela da seção (uma faixa de rolamento, uma pista, etc.). É expresso normalmente em veículos/dia (vpd) ou veículos/hora (vph). 22 a) Volume Médio Diário (VMD) O volume médio diário corresponde à quantidade média de veículos que circulam em um trecho de via, durante 24 horas. Ele é computado para um período de tempo representativo, o qual, salvo indicação em contrário, é de um ano. Esse volume, que melhor representa a utilização ou serviço prestado pela via, é usado para: Indicar a necessidade de novas vias ou de melhorias das existentes; Estimar benefícios esperados de uma obra viária; Determinar as prioridades de investimentos; Calcular taxas de acidentes; Prever as receitas dos postos de pedágio, etc. São de uso corrente os seguintes conceitos de volume médio diário: Volume Médio Diário Anual (VMDa): número total de veículos trafegando em um ano dividido por 365. Volume Médio Diário Mensal (VMDm): número total de veículos trafegando em um mês dividido pelo número de dias do mês. É sempre acompanhado pelo nome do mês a que se refere. Volume Médio Diário Semanal (VMDs): número total de veículos trafegando em uma semana dividido por 7. É sempre acompanhado pelo nome do mês a que se refere. É utilizado como uma amostra do VMDm. Volume Médio Diário em um Dia de Semana (VMDd): número total de veículos trafegando em um dia de semana. Deve ser sempre acompanhado pela indicação do dia de semana e do mês correspondente. Para todos esses casos a unidade é veículos/dia (vpd). O VMDa, ou simplesmente VMD, é o de maior importância. Os demais são geralmente utilizados como amostras a serem ajustadas e expandidas para determinação do VMD. Quando o volume for representado pela soma dos veículos, independentemente de suas categorias, ele será expresso em “Unidades de Tráfego Misto”, abreviado pela sigla UTM. Por outro lado, se os veículos componentes daquela soma forem convertidos em números equivalentes de carros de passeio, o volume será então expresso em “Unidades de Carro de Passeio”, abreviado por UCP. Essa conversão é feita através de fatores de equivalência. 23 b) Volume Horário Para analisar as variações do fluxo de tráfego durante o dia, adota-se a hora para unidade de tempo, chegando-se ao conceito de Volume Horário (VH): número total de veículos trafegando em uma determinada hora. A figura 4, a seguir, apresenta, para diversos tipos de rodovias, os valores dos volumes horários expressoscomo percentagem do volume médio diário anual, dispostos em ordem decrescente. A abscissa 1 corresponde ao maior volume horário do ano; a abscissa 30 corresponde ao 30º valor, designado como Volume da 30ª Hora. Na figura, são indicados os volumes da 30ª (VH30) e 50ª (VH50) Horas, geralmente recomendados para servirem de base para o projeto e operação da rodovia. Figura 4 – Relação entre a hora e o volume horário de tráfego em rodovias norte-americanas (adaptada de IPR-723, 2006). Tradicionalmente, o volume da 30ª Hora tem sido usado nos Estados Unidos para base de projeto de muitas rodovias rurais. Estudos feitos no Brasil, citados no Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais – DNER, 1999, mostram que o volume da 50ª Hora, da ordem de 8,5% do VMD, vem sendo utilizado para projeto de rodovias rurais em que não se dispõe de informações mais precisas do comportamento do tráfego. Os mesmos critérios se aplicam também a áreas urbanas. Contudo, onde as 24 flutuações do tráfego forem claramente diferentes das correspondentes às rodovias rurais, outras horas do ano devem ser consideradas como base para o projeto. Projetar uma rodovia em condições ideais consiste em planejá-la com características para atender à máxima demanda horária prevista para o ano de projeto, geralmente considerado como décimo ano após a conclusão das obras programadas. Em tal situação, em nenhuma hora do ano ocorreria congestionamento. Em contrapartida, o empreendimento seria antieconômico, pois a rodovia ficaria superdimensionada durante as demais horas do ano. Assim, o dimensionamento da rodovia deve prever um certo número de horas congestionadas e a decisão de qual número é aceitável para a adoção do Volume Horário de Projeto (VHP). Quando se dispõe de contagens horárias contínuas de uma rodovia, que abranjam um período de um ano inteiro, pode-se determinar o volume horário a ser usado no projeto através do critério denominado “curva da enésima hora”. Esta curva consiste na ordenação decrescente de todos os volumes horários anuais, expressos em percentagem do Volume Médio Diário (VMD), designado como fator K, conforme mostrado na figura 4, apresentada anteriormente. Observando-se a figura 4, percebe-se que a curva de ordenação horária tem uma peculiaridade importante, qual seja, sofre uma mudança rápida de declividade (joelho) por volta da 30ª Hora. O volume correspondente a esta hora tem fortes razões para ser escolhido como Volume Horário de Projeto, já que um aumento substancial de seu valor implicará em que poucas horas mais sejam atendidas adequadamente pelo projeto e uma redução relativamente pequena resultará na exclusão de um número significativo de horas. Por conseguinte, o critério da “enésima hora” sugere que se escolha como valor de K a se usar no projeto, aquele fornecido pelo trecho onde a curva muda rapidamente de declividade. Cabe observar que esta mudança de direção não é precisa, permitindo uma certa variação na escolha da hora de projeto, o que possibilita ao técnico melhor adequar seu estudo. Admite-se a utilização para o tráfego futuro de um fator K determinado com base em dados disponíveis por ocasião dos levantamentos, o que significa aceitar que a forma da curva em questão não se altera com o passar do tempo. 25 O VHP é utilizado para: Projeto geométrico de vias e interseções; Projeto de sinalização; Determinação do nível de serviço de uma via; Planejamento da operação da via, etc. c) Variações do Volume de Tráfego Variação ao longo do dia Os volumes horários variam ao longo do dia, apresentando pontos máximos acentuados, designados por picos. A compreensão destas variações é de fundamental importância, uma vez que é no horário de pico que necessariamente deverão ocorrer os eventos mais relevantes. Na expansão de contagens de algumas horas para o dia todo, a precisão da estimativa dependerá sempre do conhecimento dos padrões de flutuação dos volumes. As horas de pico, contendo os maiores volumes de veículos de uma via em um determinado dia, variam de local para local, mas tendem a se manter estáveis em um mesmo local, nos dias úteis e nos fins de semana. Enquanto a hora de pico em um determinado local tende a se manter estável, o seu volume varia dentro da semana e ao longo do ano. Em vias urbanas, de segunda-feira a sexta-feira, as horas de pico se concentram geralmente na ida e volta do trabalho, em torno de 9 horas e 18 horas, respectivamente. Variações dentro da hora de pico O volume de veículos que passa por uma seção de uma via não é uniforme no tempo. A comparação de contagens de quatro períodos consecutivos de quinze minutos mostra que estes são diferentes entre si. Essa variação leva ao estabelecimento do “Fator Horário de Pico” (FHP), que mede justamente esta flutuação e mostra o grau de uniformidade do fluxo. O FHP é utilizado principalmente na análise do nível de serviço de uma via. 26 FHP = 15máx V. 4 Vhp onde: FHP = Fator Horário de Pico; Vhp = volume da hora de pico; V15máx = volume do período de quinze minutos com maior fluxo de tráfego dentro da hora de pico. O FHP varia, teoricamente, entre 0,25 (fluxo totalmente concentrado em um dos períodos de 15 minutos) e 1,00 (fluxo completamente uniforme), ambos os casos praticamente impossíveis de se verificar. Os casos mais comuns são de FHP na faixa de 0,75 a 0,90. Os valores de FHP nas áreas urbanas se situam geralmente no intervalo de 0,80 a 0,98. Valores acima de 0,95 são indicativos de grandes volumes de tráfego, algumas vezes com restrições de capacidade durante a hora de pico. De acordo com o Manual de Projeto Geométrico de Travessias Urbanas do DNIT (2010), o conceito de nível de serviço refere-se a uma avaliação qualitativa das condições de operação de uma corrente de tráfego, tal como é percebida por motoristas e passageiros. Indica o conjunto de condições operacionais que ocorrem em uma via, faixa ou interseção, considerando-se os fatores velocidade, tempo de percurso, restrições ou interrupções de trânsito, liberdade de manobra, segurança, conforto, economia e outros. O Manual de Capacidade Rodoviária – HCM (Highway Capacity Manual), principal referência bibliográfica sobre capacidade viária no mundo, cujo organismo americano responsável pela edição é o TRB – Transportation Research Board, estabelece 6 níveis de serviço: A, B, C, D, E e F. O nível de serviço A corresponde às melhores condições de operação, enquanto que o nível de serviço F, às piores. Nível de Serviço A: Fluxo livre; Densidade muito baixa (quase zero); Total liberdade na escolha da velocidade; Total facilidade de ultrapassagens; 27 Avaliação do conjunto “conforto e conveniência”: ótimo. Nível de Serviço B: Fluxo razoavelmente livre; Densidade baixa; A liberdade na escolha da velocidade não é total; A facilidade de ultrapassagens não é total; Avaliação do conjunto “conforto e conveniência”: bom. Nível de Serviço C: Fluxo estável; Densidade moderada; A liberdade na escolha da velocidade é relativamente prejudicada pela presença dos outros veículos; A facilidade de ultrapassagens é relativamente prejudicada pela presença dos outros veículos; Avaliação do conjunto “conforto e conveniência”: regular. Nível de Serviço D: Fluxo próximo do instável; Densidade alta; Pouca liberdade na escolha da velocidade; Grande dificuldade de ultrapassagens; Avaliação do conjunto “conforto e conveniência”: ruim. Nível de Serviço E: Fluxo instável; Densidade muito alta; Nenhuma liberdade na escolha da velocidade; Manobras para mudanças de faixa somente são possíveis se forçadas; Avaliação do conjunto “conforto e conveniência”: péssimo. 28Nível de Serviço F: Fluxo forçado ou com interrupções; Densidade extremamente alta; Velocidades bastante reduzidas e frequentes paradas de longa duração; Manobras para mudanças de faixa somente são possíveis se forçadas e contando com a colaboração de outro motorista; Avaliação do conjunto “conforto e conveniência”: inaceitável. A figura 5, a seguir, ilustra os níveis de serviço de uma via. 29 Figura 5 – Níveis de serviço (IPR-723, 2006). 30 Variação semanal As rodovias rurais, principalmente as que atendem a áreas turísticas e/ou de recreação, apresentam seus volumes de pico nos fins de semana, de sexta-feira a domingo. Nas vias urbanas, a predominância das idas e voltas aos locais de trabalho faz com que os picos de tráfego se concentrem nos dias de semana, de segunda a sexta-feira. Normalmente, os fluxos de tráfego de terça, quarta e quinta-feira são aproximadamente iguais, enquanto que o de segunda-feira é ligeiramente inferior à sua média e, o de sexta-feira, ligeiramente superior. A figura 6, a seguir, apresenta a variação semanal típica do volume de tráfego para vias rurais, urbanas e vias de acesso a áreas turísticas e/ou de recreação. Figura 6 – Gráfico de variação semanal típica do volume de tráfego por tipo de via (IPR-723, 2006). 31 Variação mensal A variação do tráfego ao longo do ano, também conhecida como variação sazonal, é função do tipo de via e das atividades a que ela serve. As rodovias rurais, principalmente as que atendem a áreas turísticas e/ou de recreação, apresentam variação muito superior à das vias urbanas. Os volumes são muito maiores nos períodos de férias escolares, que coincidem com as épocas mais procuradas para passeios e férias em geral. As vias urbanas, servindo ao deslocamento para o trabalho diário, apresentam fluxo mais permanente. A figura 7, a seguir, apresenta a variação mensal típica do volume de tráfego em vias urbanas e rurais. Figura 7 – Gráfico de variação mensal típica do volume de tráfego em vias urbanas e rurais (adaptada de IPR-723, 2006). 32 Variação anual Como reflexo das mudanças na economia do país, o fluxo de tráfego normalmente se altera de ano a ano. Este efeito faz com que seja necessário um cuidado especial na utilização de dados antigos, uma vez que podem levar a uma avaliação errônea da importância da rodovia. As variações anuais costumam ser mais acentuadas nas vias rurais, principalmente as que atendem a áreas turísticas e/ou de recreação. Variação por sentido de tráfego Normalmente, em uma via urbana, o sentido principal se inverte nos picos da manhã e da tarde. Em uma via simples com duplo sentido de circulação, a distribuição por sentido tem um impacto importante na operação. A operação de ultrapassagem de um veículo é feita usando a faixa de sentido contrário, sendo as oportunidades de ultrapassagem limitadas pelo tráfego contrário. Variação por faixa de tráfego A variação dos volumes de tráfego entre as faixas de uma rodovia apresenta pouca uniformidade, dependendo do tipo de rodovia e da sua localização. A distribuição do tráfego em uma via expressa, por exemplo, é afetada pelo número de faixas, pelas eventuais restrições relativas à circulação de veículos pesados em certas faixas, localização de ramos de acesso e hábitos locais. Quando há mais de uma faixa de tráfego, a distribuição dos veículos dos diversos tipos depende de vários fatores. Por exemplo, em vias urbanas os carros tendem a evitar a faixa em que há muitas paradas de coletivos e de táxis, que agravam as interferências provocadas por movimentos de giros nas travessias e acessos à mesma. Se há 2 faixas, tendem a usar a da esquerda; se há 3, preferem a do meio. 33 Variações especiais Sempre ocorrem eventos especiais, como jogos de futebol, Semana Santa, Natal, feriados, etc. que provocam alterações previsíveis, permitindo que o engenheiro de tráfego determine e aplique as medidas cabíveis para solução ou minimização dos problemas. Acidentes, incêndios, inundações, alterações da ordem pública, embora estatisticamente previsíveis, não têm dia certo para ocorrer, mas podem ser estudados de antemão, para se dispor de medidas para adaptação e aplicação a esses casos. Velocidade A velocidade é, dentre as características essenciais do tráfego, uma das mais complexas para definir. Assume várias formas, de acordo com o tipo de tempo que é utilizado (em movimento, total etc.) e a base espacial sobre a qual é calculada. Os principais conceitos de velocidade utilizados são: Velocidade: é a relação entre o espaço percorrido por um veículo (d) e o tempo gasto em percorrê-lo (t). Se chamarmos de V a velocidade, então V = d/t. Em estudos de tráfego, a velocidade é usualmente determinada em km/h. Velocidade Instantânea: é a velocidade de um veículo em um instante determinado, correspondente a um trecho cujo comprimento tende para zero. Velocidade Pontual: é a velocidade instantânea de um veículo quando passa por um determinado ponto ou seção da via. Velocidade Média no Tempo: é a média aritmética das velocidades pontuais de todos os veículos que passam por um determinado ponto ou seção da via, durante intervalos de tempo finitos, ainda que sejam muito pequenos. Velocidade Média de Viagem (ou Velocidade Média no Espaço): é a velocidade em um trecho de uma via, determinada pela razão do comprimento do trecho pelo tempo médio gasto em percorrê-lo, incluindo os tempos em que, eventualmente, os veículos estejam parados. Velocidade Média de Percurso: é a velocidade em um trecho de uma via, determinada pela razão do comprimento do trecho pelo tempo médio gasto em percorrê-lo, incluindo apenas os tempos em que os veículos estão em movimento. Velocidade Percentual N% (VPN%): é a velocidade abaixo da qual trafegam N% dos veículos. É comum utilizar VP85% como valor razoável para fins de 34 determinação da “velocidade máxima permitida” a ser regulamentada pela sinalização. Em alguns casos, problemas de segurança podem recomendar a regulamentação de “velocidade mínima permitida”, utilizando, por exemplo, VP15%. Velocidade de Fluxo Livre: é a velocidade média dos veículos de uma determinada via, quando esta apresenta baixo volume de tráfego e a densidade se aproxima de zero, não havendo imposição de restrições quanto às velocidades dos veículos, nem por interação veicular nem por regulamentação do trânsito. Reflete, portanto, a tendência do motorista dirigir na velocidade que deseja. Velocidade de Projeto (ou Velocidade Diretriz): é a velocidade selecionada para fins de projeto, da qual se derivam os valores mínimos de determinadas características físicas diretamente vinculadas à operação e ao movimento dos veículos. Normalmente, é a maior velocidade com que um trecho viário pode ser percorrido com segurança, quando o veículo estiver submetido apenas às limitações impostas pelas características geométricas, sem influência do tráfego. Velocidade de Operação: a mais alta velocidade com que o veículo pode percorrer uma dada via, atendendo às limitações impostas pelo tráfego, sob condições favoráveis de tempo. Não pode exceder a velocidade de projeto. Densidade Define-se como densidade (D) o número de veículos por unidade de comprimento da via. D = L N onde: D = densidade (veíc/km); N = número de veículos; L = extensão ou trecho considerado (km). Outra forma de se obter a densidade é utilizando-se a seguinte equação, que é empregada, apenas, para fluxos não saturados: 35 D = V F onde: D = densidade (veíc/km); F = fluxo (ou volume) médio no trecho (veíc/h); V = velocidade média no trecho (km/h). A densidade é um parâmetrocrítico dos fluxos contínuos, porque caracteriza a proximidade dos veículos, refletindo o grau de liberdade de manobra do tráfego. Os estudos de capacidade de interseções, entrelaçamentos, terminais e outras análises das características das vias requerem dados quanto ao espaçamento e intervalo de tempo (ou headway) entre veículos. Estas duas grandezas descrevem a disposição longitudinal dos veículos no fluxo de tráfego de uma via. Denomina-se espaçamento (E) a distância entre dois veículos sucessivos, medida entre pontos de referência comuns (por exemplo, para-choque dianteiro), na mesma faixa de tráfego. E = D 1000 onde: E = espaçamento médio (m/veíc); D = densidade (veíc/km). Denomina-se intervalo ou headway (h) o tempo transcorrido entre a passagem de dois veículos sucessivos por uma seção de via, na mesma faixa de tráfego. h = V E onde: 36 h = headway médio (s/veíc); E = espaçamento médio (m/veíc); V = velocidade média (m/s). Embora o volume seja a característica mais significativa do tráfego e forneça uma medida clara do nível de congestionamento de uma via, o espaçamento e o headway afetam os motoristas individualmente, porque indicam a liberdade de movimento e segurança relativa, influenciando a escolha das velocidades e distâncias entre veículos. Cabe observar que, em caso de tráfego misto, pode haver necessidade de considerar separadamente os diferentes tipos de veículos na determinação dos seus espaçamentos e headways. Relação entre volume, velocidade e densidade As expressões gráficas típicas do inter-relacionamento das variáveis fundamentais estão mostradas nas figuras 8 a 10, a seguir. Observa-se que, para condições de fluxo contínuo, o comportamento do tráfego permite a construção de gráficos “típicos”, razoavelmente fiéis aos comportamentos observados. No caso de fluxo interrompido ou descontínuo, a atuação dos semáforos e de outras interrupções impossibilita a construção de gráficos “típicos”. 37 Figura 8 – Relação entre velocidade e volume (adaptada de IPR-723, 2006). Como pode ser observado na figura 8, partindo-se da velocidade de fluxo livre (Vf), aumentando-se o valor do volume (ou fluxo) de tráfego, reduz-se a velocidade média até chegar a um ponto de densidade ótima (Do), que corresponde ao fluxo máximo (Fm) que a via pode apresentar, chamado capacidade. A partir deste ponto, a entrada de mais veículos na corrente provoca turbulência, e tanto a velocidade como o volume diminuem. Os diversos estudos já realizados indicaram que a curva em questão varia de seção para seção de uma via, pois mostrou ser sensível a inúmeros fatores, tais como condições do tempo e número de acidentes. Portanto, para vias ou seções de vias diferentes, obter-se-á curvas distintas. VOLUME MÉDIO POR FAIXA 38 Figura 9 – Relação entre velocidade e densidade (adaptada de IPR-723, 2006). Como pode ser observado na figura 9, a densidade de uma via aumenta com a diminuição da velocidade. Uma vez atingida a densidade ótima (Do), a densidade continua aumentando, enquanto a velocidade decresce. A relação entre velocidade e densidade pode ser representada na forma linear com um grau de correlação aceitável para vias com acessos controlados; em vias sem controles de acessos se ajusta melhor uma curva com alguma concavidade. (veíc/km/faixa) 39 Figura 10 – Relação entre volume e densidade (adaptada de IPR-723, 2006). Como pode ser observado na figura 10, a relação entre o volume de circulação e a densidade tem forma aproximada de parábola de eixo vertical, com a densidade representada no eixo das abscissas, com o vértice na parte superior. Um aumento na densidade acarreta um aumento no volume, até atingir a densidade ótima (D0), a partir da qual o fluxo diminui com o aumento da densidade. A densidade ótima varia com o tipo de via. 40 Referências bibliográficas COLEÇÃO NOSSO SÉCULO BRASIL. São Paulo, v. 1, pp. 84-87, abril, 1985. CET – COMPANHIA DE ENGENHARIA DE TRÁFEGO. “Engenharia de Tráfego na Redução e Prevenção de Acidentes de Trânsito”. Apostilas do 6º Curso Interno de Segurança de Trânsito, São Paulo, 1993. CUCCI NETO, J., “Aplicações da Engenharia de Tráfego na Segurança dos Pedestres”. Dissertação de M. Sc., Universidade de São Paulo. São Paulo, SP, Brasil, 1996. FARIA, E. O., “Apostila Didática: Engenharia de Tráfego e Segurança no Trânsito”. Instituto de Certificação e Estudos de Trânsito e Transporte – ICETRAN, Universidade Estácio de Sá, Rio de Janeiro, 2002. GOLDNER, L. G., “Apostila Didática: Engenharia de Tráfego: 1º Módulo”. Centro Tecnológico: Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina, 2008. IPR-723, “Manual de Estudos de Tráfego”, DNIT, Rio de Janeiro, 2006. IPR-740, “Manual de Projeto Geométrico de Travessias Urbanas”, DNIT, Rio de Janeiro, 2010. MEMÓRIA: Revista do Departamento de Patrimônio Histórico da Eletropaulo. São Paulo, Ano V, nº 19 (jul-dez 1990): pp. 69-73. Notas de Aula de Engenharia de Tráfego – Universidade Federal do Paraná, “Capítulo 09 – Estudos de Capacidade - Introdução”. Disponível em: <http://www.dtt.ufpr.br/eng_trafego_optativa/arquivos/CAPACIDADE%20- %20INTRODUCAO.pdf>. Acesso em: 18 set. 2013, 22:00:00. 41 Notas de Aula de Engenharia de Tráfego Optativa – 2013 – 2º Semestre – Universidade Federal do Paraná, “Capítulo 01 – Introdução à Engenharia de Tráfego”. Disponível em: <http://www.dtt.ufpr.br/eng_trafego_optativa/arquivos/INTRODUCAO.pdf>. Acesso em: 04 set. 2013, 12:00:00. Notas de Aula de Engenharia de Tráfego Urbano – Universidade Presbiteriana Mackenzie, “Aula 1”. Disponível em: <http://meusite.mackenzie.com.br/professor_cucci/aula1.pdf>. Acesso em: 18 set. 2013, 22:00:00. Notas de Aula de Engenharia de Tráfego Urbano – Universidade Presbiteriana Mackenzie, “Aula 5”. Disponível em: <http://meusite.mackenzie.com.br/professor_cucci/aula5.pdf>. Acesso em: 18 set. 2013, 22:00:00. Notas de Aula de Engenharia de Tráfego Urbano – Universidade Presbiteriana Mackenzie, “Aula 7”. Disponível em: <http://meusite.mackenzie.com.br/professor_cucci/aula7.pdf>. Acesso em: 18 set. 2013, 22:00:00. Notas de Aula de Engenharia dos Transportes I – UNAMA, “Aula 11”. Disponível em: <http://arquivos.unama.br/nead/graduacao/ccet/engenharia_civil/8semestre/engenhari a_transporte_i/html/unidade3/pdf/aula11.pdf>. Acesso em: 04 set. 2013, 12:00:00. PIMENTA, C. R. T.; OLIVEIRA, M. P., 2004, “Projeto Geométrico de Rodovias”, 2ª ed., São Carlos, SP, ed. Rima.
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