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2014 Prof. Me. Celio Daroncho FATEC Zona Leste 20/1/2014 Tecnologia dos Transportes FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : E sc la re ci m en to 1 A T E N Ç Ã O ! Este Material é constantemente atualizado com sugestões e correções feitas pelos alunos da disciplina, assim sendo peço gentilmente o favor de comunicar todos os erros encontrados no mesmo, pois é do aprimoramento deste material que os semestres seguintes terão uma melhor eficácia. Agradeço desde já pela colaboração. celio.daroncho@fatec.sp.gov.br Última atualização: Janeiro de 2014 mailto:celio.daroncho@fatec.sp.gov.br FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : E sc la re ci m en to 2 Esclarecimento Este material é advindo de diversos materiais entre livros, apostilas e publicações diversas. O texto aqui publicado foi extraído, praticamente, na integra de algumas destas publicações, conforme explicado no início de cada capítulo. Este material destina-se, exclusivamente, ou uso acadêmico em sala de aula, pois os materiais utilizados para compor o mesmo são de difícil aquisição por encontrarem-se esgotados ou fora de catálogo ou por não serem mais comercializados. Este material não deve ser utilizado para qualquer citação futura, se isso for necessário, a citação deve ser feita dando crédito aos autores originais dos textos, pois os mesmo foram, em alguns poucos casos, atualizados, adaptados ou somente reconfigurados conforme a necessidade da disciplina. O material básico para a composição deste texto foi: ANDRADE, Jonas Pereira de. (1994) Planejamento dos Transportes. EDUFPB. BRUTON, Michael J. (1979) Introdução ao Planejamento dos Transportes. EDUSP. São Paulo. HUTCHINSON, B. G. (1979) Princípios de Planejamento dos Sistemas de Transporte Urbano; Guanabara Dois; Rio de Janeiro. HUTCHINSON, B. G. (1990) Introduction to Transport Engineering and Planning. Notas de aula; University os Waterloo, Waterloo - Canadá. KHISTY, C. J. (2003) Transportation Engineering: an Introduction. Prentice Hall, São Paulo. MELLO, José Carlos. (1975) Planejamento dos Transportes de. McGraw Hill. São Paulo. MORLOK, E. K. (1978) Introduction to Transport Engineering and Planning. McGraw-Hill. Tokyo. RODRIGUES, Paulo Roberto Ambrosio. (1975) Introdução aos Sistemas de Transportes no Brasil e à Logística Internacional. Aduaneiras. São Paulo. SETTI, José Reynaldo & WIDMER, João Alexandre. (1999) Apostila de Tecnologia dos Transportes. 2ª edição. EESC/USP. São Paulo. SETTI, José Reynaldo. (2009) Apostila de Tecnologia dos Transportes. EESC/USP. São Paulo. METRÔ-SP. Companhia do Metropolitano de São Paulo. (19??) Engenharia de Tráfego. São Paulo. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 Índice ESCLARECIMENTO 2 ÍNDICE 3 1 – ENGENHARIA DE TRANSPORTES 5 O SISTEMA DE TRANSPORTES E A SOCIEDADE 6 O CAMPO E A NATUREZA DA ENGENHARIA DE TRANSPORTES 6 DEFINIÇÕES 6 O CAMPO E A NATUREZA DA ENGENHARIA DE TRANSPORTES 6 O ENGENHEIRO DE TRANSPORTES 7 A ENGENHARIA DE TRANSPORTES E A ANÁLISE DE SISTEMAS 8 A ABORDAGEM SISTÊMICA 8 EXERCÍCIOS 10 EXERCÍCIO 1 10 EXERCÍCIO 2 10 EXERCÍCIO 3 10 2 – COMPONENTES DOS SISTEMAS DE TRANSPORTES 11 TECNOLOGIAS DE TRANSPORTES 12 COMPONENTES FUNCIONAIS DOS SISTEMAS DE TRANSPORTES 14 REDES DE TRANSPORTE 15 ELEMENTOS DA REDE 15 LINHAS DE FLUXO 17 ANÁLISE DA REDE 18 HIERARQUIA E CLASSIFICAÇÃO DE VIAS 21 EXERCÍCIOS 23 EXERCÍCIO 1 23 EXERCÍCIO 2 24 EXERCÍCIO 3 24 EXERCÍCIO 4 26 3 – FLUXO DE VEÍCULOS 29 INTRODUÇÃO 30 NÍVEL DE SERVIÇO E SERVENTIA 30 NÍVEL DE SERVIÇO 30 SERVENTIA 31 O DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO 32 HEADWAY E GAP 33 COMPORTAMENTO DE UMA CORRENTE DE TRÁFEGO 33 VOLUME DE TRÁFEGO 34 FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : Ín d ic e 4 VELOCIDADE MÉDIA 35 EXEMPLO 35 CONCENTRAÇÃO (DENSIDADE) 36 EXEMPLO 37 RELAÇÃO FUNDAMENTAL DOS FLUXOS DE TRÁFEGO CONTÍNUOS 37 MODELO VELOCIDADE X DENSIDADE 37 MODELO VOLUME X DENSIDADE 38 MODELO VOLUME X VELOCIDADE 40 RELAÇÕES ENTRE VELOCIDADE, VOLUME E DENSIDADE 40 EXEMPLO 41 ANÁLISE DOS FLUXOS DE VEÍCULOS ATRAVÉS DA TEORIA DAS FILAS 41 ALGUMAS DEFINIÇÕES IMPORTANTES E PRÁTICAS 42 VOLUME DE TRÁFEGO 42 VELOCIDADE 43 CONTROLE DE FLUXO DE VEÍCULOS 43 EXERCÍCIOS 44 EXERCÍCIO 1 44 EXERCÍCIO 2 44 EXERCÍCIO 3 45 EXERCÍCIO 4 45 4 – FLUXO DE VEÍCULOS EM INTERSEÇÕES RODOVIÁRIAS 46 INTRODUÇÃO 47 CONTROLE DE TRÁFEGO POR SEMÁFOROS 47 INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS ISOLADAS 47 EXEMPLO 51 ANÁLISE DE CICLOS SATURADOS EM INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS ISOLADAS 52 DETERMINAÇÃO DO CICLO ÓTIMO DE UM SEMÁFORO 53 EXEMPLO 55 SISTEMAS DE INTERSEÇÕES SEMAFORIZADAS 56 EXERCÍCIOS 58 EXERCÍCIO 1 58 EXERCÍCIO 2 58 EXERCÍCIO 3 58 EXERCÍCIO 4 58 EXERCÍCIO 5 58 EXERCÍCIO 6 59 EXERCÍCIO 7 59 FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 1 – E n g en h ar ia d e T ra n sp o rt es 5 1 1 – Engenharia de Transportes Engenharia de Transportes Este material foi extraído, na íntegra, da apostila Tecnologia de Transportes de autoria dos professores José Reynaldo Setti e João Alexandre Widmer da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP). FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 1 – E n g en h ar ia d e T ra n sp o rt es 6 Todo o crédito de elaboração deve ser dado aos mesmos. O sistema de transportes e a sociedade O papel dos sistemas de transporte no desenvolvimento da humanidade é de extrema importância. Ele é uma parte indispensável da infraestrutura de qualquer região, e o grau de desenvolvimento de uma sociedade está ligado diretamente ao grau de sofisticação do seu sistema de transporte. Toda sociedade requer mobilidade para o seu funcionamento – pessoas se locomovem dos locais de moradia para os locais de trabalho, insumos e bens acabados são levados até seus consumidores, etc. De um ponto de vista amplo, as opções de trabalho, lazer e consumo e o acesso à saúde, educação, cultura e informação de uma sociedade dependem da qualidade do sistema de transportes à sua disposição. O desenvolvimento de uma região está interligado com o grau de sofisticação do sistema de transportes que a serve. O crescimento da agropecuária, da indústria e dos serviços depende diretamente da amplitude dos mercados consumidores e da disponibilidade de insumos. Um bom sistema de transportes garante o fornecimento de matérias – primas e aumenta o mercado consumidor servido por elas, além de providenciar a ligação entre a residência dos trabalhadores e seu local de trabalho. O campo e a natureza da Engenharia de Transportes Definições O ITE (Institute of Transportation Engineers, entidade sediada em Washington, D.C.) define Engenharia de Transportes como sendo a aplicação de princípios tecnológicos e científicos ao planejamento, projeto funcional operação, administração e gerenciamento de instalações para qualquer modo de transporte de forma que permita a movimentação de pessoas e bens de modo seguro, rápido, confortável, conveniente, e econômico com um mínimo de interferência com o meio ambiente natural. A Engenharia de Tráfego, muitas vezes confundida com a Engenharia de Transportes, é descrita como sendo o ramo da Engenharia de Transportes que lida com o planejamento e projeto geométricode redes viárias, terminais e áreas adjacentes, com o controle de tráfego de veículos nestes locais e com o seu relacionamento com outras modalidades de transporte [ITE, 1991, pág. A-30]. O campo e a natureza da Engenharia de Transportes A Engenharia de Transportes é uma área de estudo multidisciplinar e um ramo relativamente novo da Engenharia Civil, que usa técnicas e conceitos extraídos da Economia, da Geografia, da Pesquisa Operacional, da Geopolítica, do Planejamento Regional e Urbano, da Probabilidade e Estatística, da Sociologia e da Psicologia, além do conjunto de conhecimentos comumente utilizado em Engenharia Civil. Ainda que o projeto de veículos seja deixado à parte, exige-se um bom conhecimento das características destes veículos para o projeto, análise e avaliação de sistemas de transporte. A Figura 1 ilustra como estes campos do conhecimento interagem dentro da Engenharia de Transportes. O eixo horizontal superior mostra a gama interdisciplinar da Engenharia de Transportes; o eixo horizontal inferior mostra o campo de atuação da Engenharia de Transportes; e o eixo vertical mostra o grau de envolvimento das várias áreas do conhecimento que são usadas em Engenharia de Transportes. Os limites de atuação de cada disciplina são, entretanto, difusos e é difícil dizer onde uma área termina e onde outra começa. A especialização de engenheiros civis em transportes acontece, na maior parte dos casos, em nível de pós-graduação; aos alunos de graduação é dada uma visão geral dos problemas abordados em Engenharia de Transportes e das técnicas utilizadas na sua solução. O objetivo principal da Engenharia de Transportes é descobrir a melhor combinação possível dos equipamentos (veículos, vias, terminais, etc.) e de formas alternativas para sua operação numa determinada região. Se esta região for limitada, como por exemplo, o movimento de minério de uma mina para um porto, o problema é relativamente simples. Entretanto, a Engenharia de Transportes costuma lidar com extensas regiões geográficas e movimentos de pessoas e cargas com vários propósitos FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 1 – E n g en h ar ia d e T ra n sp o rt es 7 diferentes. Um problema típico encontrado em Engenharia de Transportes é planejar o desenvolvimento do sistema de transportes de uma região metropolitana, ou ainda, planejar melhorias na rede de transporte interurbano de um estado ou região. Figura 1 - O caráter interdisciplinar da Engenharia de Transportes (Kirsty, 1990 apud Setti, 1999) O engenheiro de transportes Ainda que se possa definir com precisão o que é a Engenharia de Transportes, é um tanto quanto mais complicado definir o engenheiro de transportes, pois engenheiros atuando nas mais variadas áreas consideram-se engenheiros de transportes. Em um extremo têm-se os engenheiros civis (especializados em rodovias, ferrovias ou portos) que, por estarem envolvidos no projeto de componentes dos sistemas de transportes podem ser classificados como engenheiros de transportes. Entretanto, existem engenheiros mecânicos, aeronáuticos e navais (incluindo os que projetam veículos) que também se consideram engenheiros de transportes devido ao tipo de atividade que exercem. Há ainda engenheiros eletrônicos ou de computação que, por estarem envolvidos no controle dos veículos e no projeto e operação de sistemas de comunicação entre veículos, poderiam ser igualmente considerados engenheiros de transportes. Estes engenheiros não preenchem toda a gama de atividades desenvolvidas no campo da Engenharia de Transportes; outros profissionais, com as mais variadas formações básicas (arquitetos, economistas, sociólogos, etc.) se dedicam a planejar melhorias de sistemas de transportes urbanos e regionais - tais como: a construção de novas vias; a ampliação de redes de transporte público; o controle de fluxos de tráfego nas vias existentes; e a operação dos sistemas de transporte coletivo. Ainda que estas pessoas não sejam engenheiros por formação, elas certamente desempenham atividades que engenheiros de transporte poderiam desempenhar. Muitos dos engenheiros de transporte e dos outros profissionais que trabalham no campo da Engenharia de Transportes fazem parte de empresas de consultoria, planejamento e projeto. Nestas empresas, os problemas de transportes podem ser abordados em vários níveis: trabalha-se tanto com planejamento macroscópico quanto com o detalhamento de projetos, com a especificação de contratos de construção, com a compra de equipamentos, com o planejamento e controle de obras e com outras atividades relacionadas com o projeto e a construção de sistemas ou componentes dos sistemas de transporte. Outros engenheiros de transporte trabalham para agências governamentais ligadas aos sistemas de transporte, que se encarregam do planejamento, construção e operação de uma ampla variedade de instalações das quais consiste o sistema de transportes de um país ou região. O campo da Engenharia de Transportes é amplo e engloba muitas formas diferentes de atividade profissional. Ele não possui limitações geográficas não estando restrito a áreas urbanas ou rurais nem a nações industrializadas ou em desenvolvimento: não focaliza apenas um tipo particular de movimento (tal como o deslocamento de pessoas ou de cargas): nem está limitado a uma modalidade particular. São os engenheiros de sistemas de transportes (junto com economistas, advogados, arquitetos, sociólogos, psicólogos, etc.) que tratam dos problemas amplos de onde, FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 1 – E n g en h ar ia d e T ra n sp o rt es 8 quando e quais componentes de sistemas de transporte devem ser implementados em determinados locais ou regiões. As questões relacionadas à integração de sistemas, à forma de operá-los e aos preços que devem ser cobrados pelo seu uso são também objeto de estudo dos engenheiros de sistemas de transporte. A Engenharia de Transportes e a análise de sistemas Pode-se então notar que, além da formação do engenheiro civil para exercer as funções de engenheiro de componentes de sistemas de transporte, existe a necessidade que ele adquira também um conhecimento adequado da análise sistêmica, através da qual pode- se abordar problemas complexos de maneira mais eficiente. Existem três características da maior parte dos sistemas de transportes que os fazem difíceis de serem analisados sem uma abordagem sistêmica: O grande número de viagens individuais e despachos de carga na sua área de influência; O número praticamente ilimitado de alternativas a serem analisadas, dada a grande disponibilidade de tecnologias de transporte e os diferentes modos pelos quais elas podem ser operadas a diferentes custos; e A variedade de objetivos para serem atingidos, que rotineiramente são difíceis de serem medidos e que ultrapassam noções simples, tal como minimizar o tempo gasto em viagens. A abordagem sistêmica A análise de sistemas é um método desenvolvido durante os últimos quarenta anos para o estudo de problemas complexos como os de Engenharia de Transportes, através do método científico. Um sistema é um grupo de componentes que interagem para desempenhar uma tarefa ou atingir um objetivo pré-definido. Um exemplo de sistema é uma rede viária. Que contém as vias, veículos e terminais. A via é um subsistema, assim como o são os veículos e os terminais. Uma meta é o estado final que se deseja atingir, e deve refletir o propósito ou função a que o sistema deve servir [Wortman, 1976]. O sistema de transporte, por exemplo, é um sistema que presta um serviço à sociedade; a meta deste sistema pode ser definida em termos de dar mobilidade para algum tipo de função econômica, social ou política.Muitas vezes. tem-se mais de uma meta. A meta, ou as metas, devem ser definidas concomitantemente com o problema e o sistema propriamente ditos. A definição de metas nesta etapa do processo dá uma ideia geral da forma pela qual o sucesso das várias soluções possíveis para o problema será avaliado. Para se alcançar uma meta, define-se um ou mais objetivos, que devem ser mensuráveis e passíveis de serem atingidos. Considerando-se o sistema de transporte, os objetivos estão relacionados com a implantação de sistemas de transporte rodoviário, ferroviário, aéreo ou aquático, ou combinações destes que possam prover o grau de mobilidade requerido. A escolha dos objetivos sugere, de certa forma, as medidas de eficácia (MDE) que serão utilizadas para avaliar quanto cada ação alternativa satisfaz um objetivo. As consequências das decisões tomadas, sejam elas em termos de benefícios perdidos ou oportunidades não utilizadas, são avaliadas através de medidas de custo (MDC) ou medidas de eficiência. Um critério relaciona uma medida de eficácia com uma medida de custo através de uma regra usada para a seleção de uma alternativa entre várias outras, cujos custos e eficácia tenham sido previamente determinados. Um tipo particular de critério, o padrão, é um objetivo fixo: o mais baixo (ou mais alto) nível de desempenho aceitável. Uma comunidade possui um conjunto de normas, princípios ou padrões sociais que governam o seu comportamento. A este conjunto de conceitos chamam-se valores, que por serem partilhados por grupos de características similares são muitas vezes chamados valores culturais ou sociais. Os valores fundamentais da sociedade incluem FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 1 – E n g en h ar ia d e T ra n sp o rt es 9 o desejo de sobreviver, a necessidade de se sentir parte de um grupo ou lugar, a necessidade de ordem, e a necessidade de segurança. Uma política de ação é um princípio que guia o curso escolhido para se atingir um objetivo. A avaliação do estado de um sistema e a definição de alternativas para mudança é chamada de definição de políticas de ação. O processo em si deve ser controlado e dispor de retro alimentação (feedback) para que se possa alterar hipóteses, objetivos e políticas adotadas. Os passos na análise de um sistema são os seguintes: 1) Reconhecimento dos problemas e valores de uma comunidade: 2) Estabelecimento de metas; 3) Estabelecimento de objetivos; 4) Estabelecimento de critérios e padrões para avaliação das opções; 5) Definição de opções para se atingir os objetivos e metas estabelecidos; 6) Avaliação das opções em termos de eficácia e custos; 7) Questionamento dos objetivos e hipóteses adotados; 8) Exame de novas opções ou modificações nas opções já definidas; 9) Estabelecimento de novos objetivos ou modificações nos objetivos já definidos; 10) Repetição do processo até que uma solução que satisfaça simultaneamente os critérios-padrão e conjunto de valores da comunidade seja obtida. A avaliação das alternativas pode usar métodos matemáticos e modelos tais como análise estatística, otimização, redes, modelos de filas, programação matemática, pesquisa operacional, modelos físicos, etc. Por exemplo, pode-se tanto simular o desempenho de um novo perfil de asa de uma aeronave em um computador como também se pode medir seu desempenho num túnel de vento. Muitas vezes modelos matemáticos são utilizados nos casos em que a experimentação com o sistema real é impossível ou muito dispendiosa. Em outros casos, pode ser mais atrativo usar um modelo reduzido do sistema real, ou mesmo o próprio sistema. A engenharia usa uma variedade de modelos matemáticos para a solução de problemas. Por exemplo, pode-se modelar o comportamento de uma viga considerando-se as relações entre o tipo e posição dos seus apoios, a carga aplicada sobre ela, o material de que ela é feita e suas características geométricas. O projetista pode, então, decidir qual é a forma mais econômica de se construir a viga, dados a carga e os vários tipos de material disponíveis. Em Engenharia de Transportes, a abordagem é similar. No projeto de sistemas de transporte, busca-se definir relações matemáticas que ajudem a esclarecer o funcionamento das várias partes do sistema. Os modelos exprimem relações entre o número de viagens e a localização dos centros de atividade entre os quais as pessoas desejam se movimentar (por exemplo, de casa para o trabalho) e as características dos serviços de transporte oferecidos, tais como preço da passagem, tempo de viagem e frequência de uma linha de transporte coletivo. A modelagem de sistemas de transporte difere dos modelos matemáticos comumente usados em engenharia porque estes últimos lidam com objetos inanimados que podem ser facilmente manipulados num laboratório, enquanto que os modelos de sistemas de transporte tratam tanto de sistemas socioeconômicos como tecnológicos. Assim sendo, o processo normal de experimentação em laboratório não pode ser aplicado. Além disto, a variabilidade natural do comportamento humano afeta muitos aspectos do sistema de transporte, desde o controle de veículos individuais até as escolhas com respeito ao destino de viagens e onde as pessoas moram e trabalham. Fatores de difícil mensuração, tais como o grau de ruptura social introduzido numa região pela construção de uma via elevada, o aumento dos níveis de ruído e poluição atmosférica, impacto visual, aumentam ainda mais estas dificuldades. Por estas razões, a modelagem de sistemas de transporte apresenta dificuldades que não existem quando se lida com sistemas inanimados. Apesar disto, os modelos matemáticos são, muitas FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 1 – E n g en h ar ia d e T ra n sp o rt es 10 vezes, a única alternativa disponível para a avaliação de alternativas e, por isso, são largamente usados. Exercícios Exercício 1 O prefeito de uma cidade contratou seus serviços de consultoria para analisar o problema do melhor local para a implantação de (escolha o problema que corresponde ao último algarismo do seu número de matrícula): 0 - Um aeroporto regional 1 - Um terminal rodoviário intermunicipal 2 - Um entreposto de distribuição de produtos agrícolas 3 - Um terminal rodoviário de cargas 4 - Um terminal intermodal rodovia/ferrovia 5 - Um terminal de ônibus urbanos 6 - Um posto do corpo de bombeiros 7 - Um ponto de táxi 8 - Os pontos iniciais e finais de uma linha de ônibus ligando dois bairros 9 - Um pronto-socorro Descreva, através dos passos do enfoque sistêmico, como você pretende analisar o problema na busca da melhor solução. Seja o mais específico possível. Exercício 2 Identifique problemas relacionados com os seguintes sistemas de transporte numa grande área metropolitana: rede viária, sistema de transporte coletivo por ônibus, vias de circulação de pedestres, e sistema de informação aos motoristas (sinalização). [Khisty, 1990] Exercício 3 Quais são as diferenças básicas entre engenharia de transportes e engenharia de tráfego? [Khisty, 1990] FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 11 2 2 – Componentes dos Sistemas de Transportes Componentes dos Sistemas de Transportes FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 12 Este material foi extraído, na integra, da apostila Tecnologia de Transportes de autoria dos professores José Reynaldo Settie João Alexandre Widmer da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP). O material da apostila foi melhorado e acrescido com material de Morlok (1978). O crédito de elaboração deve ser dado aos autores da apostila original, pois seu formato foi copiado e seguido. Tecnologias de Transportes A função dos sistemas de transporte é permitir que pessoas e bens se movimentem. Uma série de tecnologias, que permitem deslocamentos mais rápidos sobre distâncias mais longas, foram desenvolvidas ao longo do tempo pela espécie humana. Chamando as pessoas ou bens sendo transportados por um modo qualquer de objeto do transporte, pode-se enumerar os requisitos de uma tecnologia de transportes: Dar mobilidade ao objeto, isto é, permitir sua movimentação de um ponto a outro; Controlar o deslocamento e a trajetória do objeto através da aplicação de forças de aceleração, desaceleração e direção; e Proteger o objeto de deterioração ou dano que possa ser causado pela sua movimentação. A mais simples das tecnologias de transporte é o transporte a pé, que se baseia na habilidade natural dos seres humanos em se locomoverem e na sua capacidade de transportar pequenas cargas, nos seus braços ou em sacolas, mochilas, etc. Para aumentar a velocidade de transporte, o ser humano pode correr; para se locomover num meio líquido, ele tem que nadar – o que pode não ser tão simples se a pessoa estiver transportando um objeto. A capacidade dos seres humanos se movimentarem no solo e na água são formas naturais de transporte. Os animais, além de andar, correr e nadar, são também capazes de voar. Podem-se desenvolver tecnologias de transporte baseadas nesta capacidade de locomoção natural dos animais. A natureza é capaz de transportar objetos, seja através do vento, da água (com objetos flutuando ou imersos) ou da força da gravidade (partículas rolando num declive). Dada a pequena capacidade de transporte das formas naturais de locomoção e dado o pequeno nível de conforto que elas proporcionam, um grande número de tecnologias de transporte foi desenvolvido ao longo do curso da história, quase todas baseadas num refinamento de processos naturais. Por exemplo, animais são usados para transporte de cargas e pessoas desde tempos imemoriais. Ou ainda, toras são transportadas através de um curso d’água. No primeiro caso, a tecnologia de transporte é baseada na capacidade natural dos animais de se locomoverem; no segundo, na capacidade de fluxos de água arrastarem, consigo, objetos. Apesar do grande número de processos naturais de transporte que existem na natureza, eles não são suficientes para as necessidades da sociedade moderna. Desta forma, a maior parte das tecnologias de transporte utilizadas atualmente foi criada pelo homem, ainda que todas elas se baseiem em formas naturais de transporte. Alguns exemplos de tecnologias correntes de transporte seriam: Formas naturais de movimento Pessoas ou animais transportando objetos, com restrições de capacidade e velocidade. Técnicas desenvolvidas pelo homem Veículos com rodas ou esteiras que se deslocam sobre a superfície da terra: carro, caminhão, trem, trator de esteiras; Veículos que flutuam no meio (ar ou água): navios, submarinos, Dirigíveis. Veículos que geram sustentação aero ou hidrodinâmica: aviões, helicópteros, Aerobarcos. Veículos que se movem sobre solo ou água sustentados por um colchão de ar: hovercraft. Veículos que se movem sobre vias especiais através de levitação magnética: trem maglev. Veículos espaciais: naves e satélites artificiais movidos por foguetes. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 13 Vias que dão mobilidade e controle ao próprio objeto ou sua embalagem: dutovias, esteiras transportadoras, teleféricos, elevadores. Entre as várias tecnologias disponíveis, talvez a mais difundida seja aquela que faz uso dos veículos terrestres, que substituem os animais no transporte de pessoas e cargas. Eles possuem rodas ou esteiras que dão-lhes mobilidade, um corpo que contém e protege a carga, e um sistema de propulsão que controla seu movimento. Ainda que alguns destes veículos possam se locomover em qualquer tipo de terreno (caso possuam esteiras), a maioria deles trafega por caminhos previamente preparados (vias) que possuem uma superfície regular e resistente. O uso de vias (estradas e ferrovias) reduz a potência requerida para a movimentação do veículo, aumenta a sua capacidade de carga e diminui os danos que podem ser causados à carga pelo transporte. Este fato levou ao desenvolvimento de rodovias e ferrovias, que são vias preparadas para uso por certos tipos de veículos. A forma mais comum de propulsão de veículos terrestres equipados com rodas consiste em aplicar uma força de rotação às rodas, com o atrito solo-roda produzindo uma força de reação correspondente. A trajetória dos veículos pode ser controlada através de forças de atrito, no caso de veículos rodoviários, e de forças de reação dos trilhos contra as rodas, no caso de veículos ferroviários. Mais recentemente, outras tecnologias para transporte terrestre foram desenvolvidas. Essas tecnologias incluem aqueles veículos que geram mobilidade através da criação de um colchão de ar sob o veículo, com pressão suficiente para elevá-lo acima da trajetória desejada. Nos "hovercrafts", a tração e a direção do veículo são obtidas através de hélices e lemes direcionais. Outros veículos usam levitação magnética para este fim. No caso de veículos que trafegam sobre vias especiais, a propulsão é obtida através de motores elétricos de indução linear e o veículo é guiado por forças magnéticas da via sobre o veículo – por exemplo, o trem maglev (Japão), que ainda se encontra em estágio experimental. As tecnologias para transporte em fluidos (ar e água) incluem aeronaves, dirigíveis, navios, submarinos, aerobarcos, etc. Os veículos são mantidos no nível apropriado para sua locomoção devido a sua “flutuabilidade” (por ex., barcos, navios, submarinos, dirigíveis e aerobarcos em baixas velocidades) ou sustentação resultante do escoamento de fluido sobre um aerofólio (em aviões) ou hidrofólio (por ex., aerobarcos em altas velocidades). Em algumas situações particulares, utilizam-se veículos que deslizam sobre a via, devido às características do material que a compõe. Este é o caso de plataformas industriais que se deslocam sobre superfícies engraxadas ou com roletes e de trenós que se movem sobre gelo ou neve. As formas de tração e direção destes veículos são bem variadas. Um exemplo curioso de tecnologia de transporte é o de objetos que podem ser rolados ou arrastados sobre a superfície da terra ou que podem flutuar e ser arrastados pela correnteza de um rio. Estes objetos devem que ser tais que o processo de transporte não os danifique irremediavelmente, como é o caso de toras de madeira. O andar de pessoas e animais é semelhante ao transporte veicular, no que tange à necessidade de vias apropriadas ao seu deslocamento. Caminhos que têm superfície regularizada, nivelada e livres de obstáculos existem desde os primórdios da humanidade. Os meios naturais de transporte de líquidos e gases foram também adaptados às necessidades de transporte dos seres humanos. O problema principal destas tecnologias é que as trajetórias naturais nem sempre coincidem com as rotas de transporte desejadas. A construção de canais e dutovias permite fazer com que o movimento dos fluidos se dê ao longo da rota projetada. A locomoção do objeto (que, no caso, se confunde com o próprio veículo) processa-se através do efeito da força da gravidade. Nos trechos onde não se pode usar a força da gravidade para a movimentação do objeto, usam-se estaçõesde bombeamento. Estas tecnologias usam condutos para conduzir líquidos (aquedutos, oleodutos, sistemas de abastecimento de água, etc.), gases (gasodutos, sistemas de distribuição de gás encanado) ou sólidos imersos em fluidos ("minériodutos", que transportam um mistura de minério e água, e tubos pneumáticos usados para o transporte de grãos). FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 14 Existe ainda uma forma híbrida de transporte, que se situa entre o movimento discreto de objetos em veículos e o movimento contínuo de gases e líquidos em dutos, onde a mobilidade e a locomoção são fornecidas por um equipamento fixo que possui uma superfície ou compartimento de carga móvel. As esteiras transportadoras, os teleféricos e os elevadores são exemplos desta tecnologia. Componentes Funcionais dos Sistemas de Transportes Um sistema de transporte possibilita que um objeto seja movimentado de um local para outro ao longo de uma trajetória, por meio de uma tecnologia, como as anteriormente descritas. Neste contexto, objeto do transporte é pessoas ou cargas (que podem incluir seres vivos), e a trajetória é o conjunto de pontos no espaço ao longo dos quais se deseja mover o objeto. Os componentes funcionais dos sistemas de transportes são: Veículos: o componente usado para movimentar pessoas e cargas de um local para outro, por exemplo: carros, navios, trens, etc.; Vias: as conexões que unem dois ou mais pontos, por exemplo: estradas, hidrovias, aerovias, canalizações, etc.; Terminais: os pontos onde as viagens se iniciam e terminam, como por exemplo, aeroportos, portos, terminais de ônibus, estacionamentos, etc.; Plano de operações: o conjunto de procedimentos usados para se obter um funcionamento adequado e eficaz do sistema de transportes. Os veículos são utilizados, na maioria das tecnologias, para dar mobilidade ao objeto sendo transportado ao longo de uma via. O veículo tem também a função de proteger o objeto sendo transportado. O veículo pode incorporar um sistema de tração e direção interno (como num carro ou caminhão) ou possuir um sistema de tração externo, por exemplo: uma locomotiva rebocando um comboio de vagões ou um rebocador empurrando um comboio de chatas. A Tabela 1 dá exemplos de veículos para várias tecnologias diferentes. Tabela 1 – Exemplos de veículos usados em sistemas de transporte Tipo Veículos Terrestres Carro, caminhão, cavalo-mecânico, reboque, locomotiva, vagão, trator, tanque de guerra, hovercraft, etc. Hidroviários Navio, barco, rebocador, chata, aerobarco, hovercraft, submarino, etc. Aéreos Dirigível, avião, helicóptero, foguete, etc. Fonte: Widmer, 1987 Para melhorar a eficiência de um sistema de transportes, muitas vezes são utilizados dispositivos de unitização de cargas, cujas funções são muito próximas daquelas dos veículos, ou seja, conter e proteger os objetos sendo transportados. Um dispositivo de unitização de carga, entretanto, não possui capacidade de locomoção nem mobilidade, necessitando ser transportado em um veículo ou por uma via móvel. Entre os dispositivos de unitização de cargas mais comuns estão os paletes, estrados de carga feitos de madeira, metal ou outros materiais, aos quais a carga é fixada, e os contêineres, caixas fechadas de metal, fibra, de metal e lona ou de qualquer outro material adequado, dentro dos quais a carga é colocada. Os paletes e contêineres são construídos com dimensões tais que a ocupação dos veículos é otimizada, o que pode não acontecer quando se carrega carga solta de dimensões e formas variadas. As vias são projetadas e construídas em função das características dos veículos que as utilizam. Os veículos terrestres requerem uma superfície regular e resistente. para que eles possam desenvolver velocidades altas com um mínimo de dano à carga. Para que o peso do veículo (transmitido ao solo pelas rodas) não faça com que ele afunde, a via deve ser mais resistente do que o solo natural. Em alguns casos, como no transporte ferroviário. a via desempenha também o papel de controladora da trajetória do veículo. As hidrovias são muitas vezes cursos d’água naturais, mas melhoramentos para aumento da profundidade, transposição de desníveis, alargamento, etc. são comumente utilizados para a sua melhoria. As aerovias são demarcadas por rádios-sinalizadores, que emitem FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 15 sinais captados por instrumentos nas aeronaves, as quais podem então se deslocar com segurança através de trajetórias pré-determinadas. Como nem sempre é possível construir uma via que ligue cada par de pontos, entre os quais se deseja transportar pessoas e objetos, muitos sistemas de transporte têm a forma de redes de vias interligando vários pontos. Um exemplo de rede é o sistema viário urbano, onde vias se cruzam em interseções. Interseções são componentes importantes do sistema de transporte, já que é fundamental que algum tipo de controle do fluxo de veículos exista ali, a fim de que não ocorram acidentes. Exemplos de interseções são cruzamentos de vias urbanas, desvios de estradas de ferro de via simples e áreas terminais de redes aeroviárias. Os terminais são os locais onde as viagens começam e terminam. Em outros casos, mais de uma modalidade de transporte é requeri da para a realização de uma viagem. Nestes casos, o transbordo, ou a mudança de modo, ocorre sempre num terminal. Mesmo dentro de uma mesma modalidade, pode ser necessário transferir carga ou passageiros de um veículo para outro. Os terminais podem ser edifícios especialmente projetados e construídos para este fim, tais como aeroportos, estações de metrô, etc., ou podem ser simplesmente um local pré-determinado onde uma viagem se inicia ou acaba, como um ponto de ônibus num bairro residencial. O plano de operação é o conjunto de procedimentos usados para manter um sistema de transporte (que muitas vezes possui uma grande complexidade) operando adequadamente. O plano de operações assegura que o fluxo de veículos, nas vias e interseções, ocorra de forma ordenada e segura, que os terminais sejam operados de tal forma que o fluxo de pessoas e cargas seja acomodado nos veículos, etc. Um plano de operações pode ser tão simples quanto uma pequena tabela de horários de chegada e partida, ou pode requerer um complexo sistema de aquisição de dados e controle de semáforos em tempo real por computadores, num centro de controle de tráfego de uma região metropolitana. Redes de Transporte Uma rede é uma representação matemática do fluxo de veículos, pessoas e objetos entre pontos servidos por um sistema de transporte. Embora o termo rede frequentemente tenha outros significados, nós focalizaremos principalmente no conceito matemático e seu uso na análise de sistemas de transporte. Elementos da rede Uma rede se constitui de arcos e nós. Os nós são pontos notáveis no espaço, e os arcos são as ligações entre os nós. Para entender melhor como uma rede de transporte é definida, considere-se o mapa da Figura 2, que representa as ligações rodoviárias entre algumas cidades. Figura 2 – Ligações rodoviárias entre um grupo de cidades - mapa (adaptado de Setti, 1999) FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 16 O diagrama da Figura 3 é a representação gráfica da rede que representa o sistema de transporte rodoviário servindo essa região. Cada cidade é um nó, e cada ligação rodoviária é um arco. Um arco pode conter fluxo de veículos nosdois sentidos ou apenas em um sentido. Neste último caso, diz-se que ele é um arco direcionado. Cada nó é identificado por um número (ou por uma sigla ou letra), e cada arco, pelo par de nós por ele ligado. Desta forma, Cana Verde é o nó 1, Claraval, o nó 2, e assim por diante, como mostra a Tabela 2. A ligação entre Claraval e Aguanil, o arco 2-3, é um arco bidirecional; o arco 3-4 (Aguanil e Lambari) é um arco unidirecional. No caso da rede da Figura 2 os nós foram nomeados com números, mas poderíamos ter feito isso com o emprego de uma sigla, por exemplo, Cana Verde poderia ser CVD, Claraval poderia ser CLV, Aguanil poderia ser AGN, Lambari poderia ser LBR, Coqueiral poderia ser CQR e Juruaia poderia ser JRA. Ou ainda poderíamos utilizar outra formatação para as siglas, o importante é ser de fácil entendimento e de se ter a Tabela 2 com o nó e sua respectiva descrição, ou nome. Figura 3 – Representação gráfica de um sistema de transporte rodoviário através de uma rede (Setti, 1999) As redes além de poderem ser representadas graficamente, podem também ser representadas matricialmente, conforme mostra a Figura 4, que contém a representação matricial do sistema de transportes servindo a região mostrada na Figura 2. As linhas da matriz contêm os nós de origem e as colunas os nós de destino. Cada elemento da matriz, mij que representa a existência de um arco que se inicia em i e termina em j, pode assumir os seguintes valores: 1 se existe um arco 0 se nao existe um arco ij i j m i j Tabela 2 – Nós e arcos da rede de transporte Nó Cidade Arco Ligação Tipo do arco 1 (CVD) Cana Verde 1-2 Cana Verde – Claraval bidirecional 2 (CLV) Claraval 2-3 Claraval – Aguanil bidirecional 3 (AGN) Aguanil 2-5 Claraval – Coqueiral bidirecional 4 (LBR) Lambari 3-4 Aguanil – Lambari unidirecional 5 (CQR) Coqueiral 3-6 Aguanil – Juruaia bidirecional 6 (JRA) Juruaia 4-6 Lambari – Juruaia bidirecional 5-6 Coqueiral – Juruaia bidirecional Fonte: Setti, 1999 Os arcos bidirecionais são representados por mij = 1 e mji = 1, ao passo que um arco unidirecional entre i e j é representado por mij = 1 e mji = 0. Note-se, entretanto, que esta convenção não é universal. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 17 Destino Origem 1 2 3 4 5 6 1 0 1 0 0 0 0 2 1 0 1 0 1 0 3 0 1 0 1 0 1 4 0 0 1 0 0 1 5 0 1 0 0 0 1 6 0 0 1 1 1 0 Figura 4 – Representação matricial de uma rede de transporte A representação matricial permite um tratamento computacional sistematizado de redes extremamente complexas, e permite também uma extensão do conceito para armazenagem de características de cada arco: comprimento, tempo de viagem, volume de tráfego, capacidade de tráfego, etc. Adicionalmente a todas estas informações, para descrever as características espaciais de um sistema de transporte, utilizamos o recurso de anotar algumas características particulares desta ligação sobre o arco que liga os nós. As informações normalmente adicionadas são o tempo de viagem, volumes de fluência, comprimento da via entre os nós subsequentes. Em quase todas as aplicações estas características são associadas com arcos somente. Assim sendo, um nó especifica uma característica particular que os arcos não impunham a eles (por exemplo, uma cidade, um cruzamento de vias, um terminal, etc.). A associação de todas estas características somente com arcos e não com nós, pode parecer estranho, mas é feito principalmente por razões matemáticas, para facilitar a análise e simplificação da rede. Por exemplo, o tempo consumido quando viajamos por uma via, para a representação deste tempo na rede, existem duas possibilidades: uma consiste em somar o tempo gasto com uma viagem ao longo do caminho por arcos que se dirigem da origem para o destino; outra consiste na divisão do tempo por cada arco percorrido, o tempo de viagem seria, então, associado com cada um destes arcos, e se desejarmos saber o tempo de viagem ao passar por um nó, bastaria somarmos o tempo do arco que o precede. A Figura 5 mostra a configuração de uma rede gerada para um cruzamento de duas vias de mão dupla onde todas as conversões são permitidas. Para podermos diferençar os diversos meios de passagem por ela (manobras) devemos utilizar um número grande de arcos e nós (8 nós e 24 arcos). Os arcos curtos nas extremidades representam a continuidade da via. Se retornos são proibidos, nenhum arco é mostrado para esta situação. Figura 5 – Representação detalhada de uma rede em um cruzamento de duas vias de mão dupla Linhas de Fluxo As linhas de fluxo representam o fluxo real, ou seja, o caminho, percorrido pelos veículos na via. É a partir delas que faremos a sinalização horizontal da via (pintura), pois indicam qual o caminho os veículos irão seguir e se serão necessárias mais ou Aproximação 2 Aproximação 1 Aproximação 4 Aproximação 3 Aproximação 4 Aproximação 3Aproximação 1 Aproximação 2 1 2 3 4 56 7 8 FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 18 maiores obras na via, como redução de calçadas e canteiros centrais, aumento da largura das faixas, proibições de estacionar, parar, dentre outras. Estas linhas devem ser feitas por faixa de rodagem e devem expressar a via como um todo, embora sejam muito utilizadas para a análise de cruzamentos quando da inserção de semáforos, rotatórias, proibição de conversões, preferências, etc. Com o uso das linhas de fluxo poderemos verificar a existência de pontos de conflito, que são locais onde duas correntes de tráfego acabam se interceptando, ou seja, uma ira colidir com a outra, isso não necessariamente gerará acidentes, mas a incidência de acidentes pode ser analisada com o uso destas. Além disso permitem que se verifique o que irá acontecer com o transito ao se inserir uma mudança na via. A Figura 6 mostra um exemplo de linhas de fluxo no cruzamento entre a rua A (mão única) e a rua B (mão dupla), onde podemos ver que a rua A tem uma única faixa de rolamento, já rua B tem duas faixas. Além disso podemos verificar todos os pontos de conflitos existentes (mostrados pelas circunferências pretas). A partir disso podemos verificar como ficaria o cruzamento com a inserção de um semáforo ou com a proibição de conversão em uma das vias. Figura 6 – Representação das linhas de fluxo (MEC - ENADE, 2003) Análise da rede1 Um sistema de transporte é representado como uma rede que descreve os componentes individuais do sistema e seu relacionamento com alguma característica importantes deste. Algumas das mais importantes características dos sistemas são: tempo de viagem, distância e custos. A Figura 7 ilustra a rede metropolitana de uma determinada cidade, como pode ser visto tanto as interseções quanto as cidades estão numeradas e nos arcos que ligam estas, está anotado o tempo médio de viagem (em minutos) entre um ponto e outro. Por exemplo, a viagem do nó 1 para o nó 8 será feita através dos arcos (1;10), (10:24), (24:23) e (23:8) e o tempo de viagem será = 5 + 10 + 25 + 10 = 50 min. 1 Devemos salientar aqui que apesar de nos referirmos sempre a tempo, o caminho mínimo pode ser expresso pela distância, custo, segurança, condição da via ou qualquer outro fator que se achar importante e que seja decisivo para a tomada de decisão.. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 19 Para este mesmo deslocamento, existem outros possíveis caminhos, taiscomo (1:11), (11:20), (20:21), (21:22), (22:23) e (23:8). Assim sendo, é muito importante especificar o caminho que foi utilizado. Figura 7 – Rede de transporte da região metropolitana de uma determinada cidade Entretanto, em casos onde o tempo difere entre rotas diferentes, os viajantes, frequentemente, alteram a sua seleção. No transporte de carga, como no caso de rodovias, ferrovias de longas distâncias ou outro modal diferente a rota é, geralmente, selecionada para minimizar o tempo (custo) total do transporte. Em ambos os casos (transporte de pessoas ou de cargas), o problema é o mesmo, achar o ponto que ofereça o menor custo, ou a soma mínima de certos custos (ou tempos), associados com os arcos que compõe o caminho a ser percorrido. Assim sendo, do ponto de vista matemático estes problemas são essencialmente idênticos. Um procedimento bastante simples foi desenvolvido para achar estes caminhos mínimos na rede. Este método é chamado de árvore de caminho mínimo e é a aplicação de um procedimento matemático chamado de Programa Dinâmico. O procedimento a ser usado é bastante simples, vamos ver isso através de um exemplo, vamos usar a rede da Figura 7 para este propósito. Nesta rede os tempos de viagem de rede são associados por linhas. O problema proposto será encontrar o caminho mínimo partindo- se do nó 1 para os demais nós (cidades) da rede com tempo mínimo de viagem. Começamos no nó 1 e vamos analisando as possibilidades de caminho a partir do mesmo. Neste caso podemos ir para o nó 10, para o nó 11 ou para o nó 12. Os tempos para cada uma destas viagens serão, respectivamente, de 5, 12 e 13 minutos, e dai para frente vamos repetindo o processo para cada um dos nós da rede. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 20 Devemos anotar ao lado de cada nó as informações que nos forem necessárias para um bom entendimento. Estas informações são: o tempo de viagem total (a partir do início – neste caso do nó 1); e o nó do qual viemos até chegar ao nó que estamos analisando. Ao final deste procedimento teremos uma situação conforme a mostrada na Figura 8.a, onde teremos para cada um dos nós o tempo de viagem quando partimos do nó 1 e desta forma fica fácil analisar qual será o caminho mínimo para cada um dos nós finas (cidades da rede). Para sabermos o caminho a cada um dos nós, basta olharmos para o mesmo e ver de qual nó nós viemos até chegar ao mesmo, faremos assim o caminho inverso, até chegarmos ao nó 1. Por exemplo, para saber qual o caminho mínimo do nó 1 até o nó 4, devemos: Olhar para o nó 4 verificar de onde partimos para chegar até ele, neste caso veremos que a informação contida ao lado do nó nos diz que viemos do nó 16 (está entre parêntesis na Figura 8.a). Vamos então para o nó 16 e fazemos a mesma verificação, constataremos que para chegar até o nó 16 viemos do nó 17. Vamos então para o nó 17 e fazemos a mesma verificação, constataremos que para chegar até o nó 17 viemos do nó 18. Vamos então para o nó 18 e fazemos a mesma verificação, constataremos que para chegar até o nó 18 viemos do nó 19. Vamos então para o nó 19 e fazemos a mesma verificação, constataremos que para chegar até o nó 19 viemos do nó 20. Vamos então para o nó 20 e fazemos a mesma verificação, constataremos que para chegar até o nó 20 viemos do nó 11. Vamos então para o nó 11 e fazemos a mesma verificação, constataremos que para chegar até o nó 11 viemos do nó 1, que é o nosso ponto inicial. Desta forma para irmos do nó 1 ao nó 4 seguiremos o caminho 1–11–20–19–18–17– 16–4. E o tempo total de viagem será de 75 minutos, este valor está anotado ao lado do nó 4 antes do parêntesis, e pode ser visto na Figura 8.a. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 21 Figura 8 – Caminho mínimo, partindo-se do nó 1 ao restante da rede (a e b) A Figura 8.b mostra o resumo desta situação partindo-se de 1 até se alcançar todos os nós da rede. A esta figura damos o nome de árvore de caminho mínimo partindo-se de 1. Devemos fazer isso para a origem em todos os pontos da rede e com destino a todos os outros pontos da rede. Estas informações podem também ser expressar através de uma matriz, este procedimento facilita a análise computacional dos problemas. Esta matriz é muito semelhante a uma matriz origem e destino, a iferença é que neste caso escrevemos o tempo (custo) total de viagem na matriz. A Tabela 3 mostra a matriz gerada para a situação anterior. Tabela 3 – Matriz de caminho mínimo (tempo) para os nós de 1 a 9 (cidades) Chegando-se ao nó 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P a rt in d o -s e d o n ó 1 0 26 58 75 65 46 44 50 23 2 26 0 42 81 71 52 50 75 48 3 58 42 0 52 62 74 80 107 80 4 75 81 52 0 20 54 65 94 90 5 65 71 62 20 0 44 55 84 80 6 46 52 74 54 44 0 36 65 61 7 44 50 80 65 55 36 0 55 51 8 50 75 107 94 84 65 55 0 43 9 23 48 80 90 88 61 51 43 0 Analisando a matriz da Tabela 3 podemos facilmente notar que: A diagonal principal é zero, isso devido ao fato de o tempo (ou custo, etc.) de viagem de um ponto até ele mesmo é, a princípio, zero (0). A parte inferior (abaixo da diagonal) nada mais é do que o rebatimento da parte superior (acima da diagonal), pois o tempo (custo) para se ir de 1 a 8 deve ser o mesmo gasto para se ir de 8 a 1. Podemos ver então que precisamos fazer somente metade da matriz e depois so temos que rebater a mesma. É importante percebermos que o melhor caminho para uma determinada rede, indiferente do critério usado, pode depender muito das condições ou do período do dia analisado. Por exemplo, no caso de redes por rodovias o tempo de viagem em qualquer arco (segmento) é influenciado significativamente pelo volume de tráfego naquele arco, desta forma o tempo de viagem irá aumentar com o aumento do volume. Durante o meio da noite ou da madrugada o volume pode ser muito reduzido, e isso resultará em tempos de viagem pequenos e consequentemente um diferente caminho mínimo. Quando há o acúmulo de trafego, como por exemplo, num horário de pico, certos arcos podem muito bem ser preteridos em função da utilização de outros arcos modificando- se assim o tempo de viagem. Assim sendo, o caminho mínimo para uma rede pode em feito em função do período do dia ou do dia em questão. Hierarquia e classificação de vias A classificação de sistemas de transporte em diferentes classes funcionais é útil para o entendimento da complexidade do sistema total de transporte. Por exemplo, o emprego de uma classificação funcional para rodovias pode facilitar uma comunicação mais clara entre engenheiros, economistas, planejadores, etc. Uma viagem contém uma série de segmentos distintos, ilustrados na Figura 9. Por exemplo, uma viagem num sistema de transporte rodoviário contém os seguintes segmentos [AASHTO, 1984]: 1. Um segmento a pé, que se inicia no ponto de origem e termina no terminal (garagem ou estacionamento) onde o veículo se encontra, e que é realizado numa calçada; 2. Um segmento de carro, em vias locais, que ligam o terminal a uma via coletora; FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 22 3. Um segmento de carro, em vias coletoras, que vai até uma via arterial; 4. Um segmento de carro, numa via arterial, que se inicia no cruzamento de uma via coletora com a via arterial e vai até um dispositivo de entroncamento com uma autoestrada; 5. Um segmento de transição, realizado num dispositivo de entroncamento que liga uma via arterialcom uma autoestrada; 6. Um segmento principal, que é realizado numa autoestrada; 7. Um segundo segmento de transição, realizado num dispositivo de entroncamento que liga uma autoestrada com uma via arterial; 8. Um segmento de carro, numa via arterial, que se inicia num dispositivo de entroncamento com uma autoestrada e vai até o cruzamento da via arterial com uma via coletora; 9. Um segmento de carro, em vias coletoras; 10. Um segmento em vias locais; 11. Um segmento a pé, que termina no destino final. Pode-se então notar uma hierarquia entre os vários tipos de vias tanto no que se refere às suas características físicas, como também no que se refere ao tipo de uso (volume de tráfego). As vias expressas servem para prover ligações rápidas e seguras entre pontos distantes de uma região; as vias arteriais distribuem o tráfego que sai das vias expressas pela cidade ou região. As vias coletoras penetram ainda mais nas zonas residenciais e as vias locais provêm acesso a locais de trabalho ou moradia. Cada uma das etapas da jornada é realizada num componente de características diferentes, tais como pavimento, geometria, tratamento da região lindeira, etc. Uma das maiores causas de obsolescência de vias ocorre devido à falta de reconhecimento e adoção desta hierarquia. Por exemplo, a falta de vias coletoras em bairros residenciais causa o aumento de tráfego de passagem em vias locais, criando problemas de segurança de trânsito e desgaste precoce de pavimentos. Igualmente, artérias subdimensionadas causam o "transbordamento" de tráfego para outras vias que não foram projetadas para receberem aquele volume de tráfego. Outro exemplo são as faixas de aceleração e desaceleração em dispositivos de entroncamentos em rodovias, cuja falta ou subdimensionamento pode causar acidentes. Figura 9 – Hierarquia dos segmentos de uma viagem rodoviária [AASHTO, 1984] Movimento Primário Transição D is tr ib u iç ã o Via Coletora V ia L o c a l A rt e ri a l P ri m á ri a Arterial Principal - Freeway Acesso Via Coletora V ia L o c a l A rt e ri a l P ri m á ri a Arterial Principal - Freeway Via Coletora V ia L o c a l A rt e ri a l P ri m á ri a Arterial Principal - Freeway Acesso FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 23 Uma via fornece uma combinação de duas características conflitantes: mobilidade e acessibilidade. Acessibilidade porque é através da via que o acesso às origens e destinos das viagens acontece; mobilidade porque é através de uma via que se percorre a distância que separa a origem e o destino de uma viagem. Uma rua num bairro residencial dá acesso às residências deste bairro – portanto, a acessibilidade supera em muito a mobilidade. Uma autoestrada, na qual entrada e saída só se processam em dispositivos de entroncamento espaçados de vários quilômetros, a mobilidade é total, e a acessibilidade é nula. O gráfico da Figura 10 mostra a relação entre acessibilidade e mobilidade para os vários níveis da hierarquia de um sistema rodoviário, e a Tabela 4 e a Tabela 5 mostram as características, em termos de volume de viagens e extensão, de cada nível desta hierarquia, para sistemas rodoviários rurais e urbanos. Figura 10 – Variação entre acessibilidade e mobilidade para os vários tipos de vias [AASHTO, 1984] Tabela 4 – Características dos níveis hierárquicos das vias urbanas Nível de hierarquia Extensão (%) Vias expressas 2-4 Artérias primárias e secundárias 6-12 Vias coletoras 20-25 Vias locais 65-75 Fonte: AASHTO, 1984 Tabela 5 – Características dos níveis hierárquicos das vias rurais Nível de hierarquia Extensão (%) Volume de tráfego (%) Vias expressas 2-4 40-65 Artérias primárias e secundárias 6-12 65-80 Vias coletoras 20-25 5-10 Vias locais 65-75 10-30 Fonte: AASHTO, 1984 Exercícios Exercício 1 Identifique os componentes funcionais das seguintes modalidades e sistemas de transporte (veículo, terminal, via, plano de operações, tráfego, interseções, etc.): a. Metrô b. Táxi c. Trem de subúrbio d. Automóvel e. Ônibus interurbano f. Trator de esteiras g. Caminhão h. Avião i. Rede de abastecimento de água j. Navio Mobilidade Acesso Arteriais Coletoras Locais Mobilidade Acesso Arteriais Coletoras Locais FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 24 Exercício 2 Para a figura com o conjunto de vias abaixo faça a identificação dos nós e dos arcos que interliguem os cruzamentos, além disso faça as linhas de fluxo devendo obedecer ao esquema de direção expresso na via. Todas as pistas possuem duas faixas de rolamento: Exercício 3 Para a rede de transportes da Figura 11 (representação gráfica), fazer: a) A representação matricial (próxima página – Primeira tabela) b) A árvore de caminho mínimo (em uma folha separada c) A matriz origem e destino – Matriz OD (próxima página – Segunda tabela) Figura 11 – Rede de transporte rodoviário, simplificada, da costa leste dos Estados Unidos ALB – Albany BAL – Baltimore BOS – Boston BUF – Buffalo CHA – Charleston CHI – Chicago CIN – Cincinnati CLE – Cleveland DET – Detroit HAR – Harrisburg IND – Indianapolis LOU – Louisville NH – New Haven NY – New York PHL – Philadelphia PIT – Pittsburg POU – Poughkeepsie RIC – Richmond SCR – Scranton WAS – Washington WIL – Wilmington FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 25 ALB BAL BOS BUF CHA CHI CIN CLE DET HAR IND LOU NH NY PHL PIT POU RIC SCR WAS WIL ALB BAL BOS BUF CHA CHI CIN CLE DET HAR IND LOU NH NY PHL PIT POU RIC SCR WAS WIL ALB BAL BOS BUF CHA CHI CIN CLE DET HAR IND LOU NH NY PHL PIT POU RIC SCR WAS WIL ALB BAL BOS BUF CHA CHI CIN CLE DET HAR IND LOU NH NY PHL PIT POU RIC SCR WAS WIL FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 26 Exercício 4 Para a rede da Figura 12, faça o que é pedido: a) Considerando somente a origem em BRB, faça a árvore de caminho mínimo para a rede I. Você pode fazer a arvore completa, ou seja, partindo de todas as origens para todos os destinos b) Faça a representação matricial para a rede completa da figura c) Faça a matriz OD somente para a origem em BRB I. Você pode fazer a Matriz OD completa, ou seja,partindo de todas as origens para todos os destinos d) Caminho mínimo (rota) saindo de NAT e chegando em PAL, com o seguinte critério: I. Passando, na melhor ordem, por BEL, CBA e POA (roteirização). Observação: As letras correspondem às cidades e os valores ao tempo de viagem entre cidades consecutivas em horas. Figura 12 – Rede de transporte rodoviário, simplificada, do Brasil ARA – Aracaju BEL – Belém BHT – Belo Horizonte BRB – Brasília CAC – Cáceres CBA – Cuiabá CGR – Campo Grande CMP – Campinas COR – Corumbá CTB – Curitiba FLP – Florianópolis FOR – Fortaleza FOZ – Foz do Iguaçu JPA – Goiânia MAC – Maceió MRG – Maringá NAT – Natal PAL – Palmas POA – Porto Alegre PPR – Ponta Porã PVL – Porto Velho REC – Recife RJN – Rio de Janeiro SAL – Salvador SLS – São Luis SLV – Santana do Livramento SPA – São Paulo SRP – São José do Rio Preto TER – Teresina URG – Uruguaiana VIT – Vitória FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 27 FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 2 – C o m p o n en te s d o s S is te m as d e T ra n sp o rt es 28 FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 – F lu x o d e V eí cu lo s 29 3 3 – Fluxo de Veículos Fluxo de Veículos FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 – F lu x o d e V eí cu lo s 30 Este material foi extraído, na integra, da apostila Tecnologia de Transportes de autoria dos professores José Reynaldo Setti e João Alexandre Widmer da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP). O crédito de elaboração deve ser dado aos autores da apostila original, pois seu formato foi copiado e seguido. Introdução O estudo da locomoção e do fluxo dos veículos deve-se iniciar pela parte individual do mesmo, ou seja, o movimento de veículos individuais ao longo de uma via, ignorando-se quaisquer restrições ao movimento que não aquelas impostas pelas características de locomoção do veículo ou restrições da via sobre a qual ele circula, estudo este desenvolvido pela física do movimento. Contudo, em quase todos os sistemas de transporte, o movimento de um veículo é afetado pela presença de outros veículos que compartilham a mesma via e o desempenho de cada veículo é limitado pela corrente de tráfego, podendo ficar aquém do ótimo. Conforme aumenta o volume de tráfego de uma via, a velocidade média dos veículos que a utilizam se reduz; ou seja, a qualidade do serviço de transporte oferecido, conhecida como o nível de serviço da via se reduz. Denomina-se capacidade de uma via o maior volume de tráfego que ela pode suportar sem que o nível de serviço fique abaixo de um padrão predeterminado. A capacidade e o nível de serviço de uma via estão diretamente relacionados com a forma de controle dos fluxos de tráfego. Este capítulo e os seguintes estudam o fluxo de veículos em vias, o controle destes fluxos e a capacidade das vias. Nível de Serviço e Serventia Nível de Serviço O nível de serviço de uma via é uma medida qualitativa do efeito de um conjunto de fatores que influem na velocidade e densidade do fluxo de tráfego. Neste conjunto de fatores incluem-se: velocidade e tempo de viagem, interrupções no tráfego, liberdade de manobras, segurança, conforto para condução de veículos, conveniência, e custos operacionais. A definição dos seis níveis de serviço conforme o Highway Capacity Manual [TRB, 1985] é feita da seguinte forma: Nível de serviço A: Fluxo livre, usuários quase não são afetados pela presença de outros veículos (Figura 13). A liberdade para cada motorista escolher a velocidade de operação de seu veículo é praticamente ilimitada. O nível de conforto para o motorista e passageiros é excelente. Nível de serviço B: Fluxo estável (sem perturbações, tais como redução de velocidade ou engarrafamentos), mas a presença de outros usuários na via começa a ser notada (Figura 14). A liberdade para escolha da velocidade de operação de veículos individuais não é quase afetada, mas a liberdade de movimento dentro do fluxo de veículos é ligeiramente menor que no nível A. O nível de conforto ainda é alto, porém menor que no nível de serviço A. Nível de serviço C: Fluxo ainda estável, mas já no início da faixa de fluxos na qual a operação de veículos individuais passa a ser afetada de forma significativa pelas interações com outros veículos (Figura 15). A escolha da velocidade passa a ser determinada pela presença de outros veículos, e manobras dentro do fluxo de veículos (ultrapassagens, mudanças de faixa, etc.) requerem substancial atenção por parte dos motoristas. Há uma queda considerável de conforto dos motoristas e passageiros. Nível de serviço D: Alta densidade, no limite do fluxo estável. A velocidade de operação de veículos individuais e liberdade de manobra dentro da corrente de veículos são severamente restritas (Figura 16). O nível de conforto dos motoristas e passageiros é bem pobre. Pequenas variações no fluxo de veículos geralmente ocasionam distúrbios na corrente de veículos, tais como paradas. Nível de serviço E: Fluxo muito próximo da capacidade. Todos os veículos trafegam a uma velocidade baixa, mas relativamente uniforme. Manobras na corrente de tráfego são difíceis e conseguidas apenas ao forçar-se um outro veículo a ceder passagem (Figura 17). A operação de uma rodovia neste nível é instável, FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 – F lu x o d e V eí cu lo s 31 pois pequenas perturbações (ex. uma freada brusca de um veículo) produzem distúrbios significativos, que podem interromper o fluxo. Nível de serviço F: Fluxo forçado. Esta condição acontece sempre que a densidade de veículos, em um certo ponto, ultrapassa a densidade de fluxo máximo, o que provoca a formação de um congestionamento a partir deste ponto (Figura 18). A operação dentro do congestionamento é caracterizada por ondas de tráfego cujo movimento é intermitente. Figura 13 – Nível de serviço A Figura 14 – Nível de serviço B Figura 15 – Nível de serviço C Figura 16 – Nível de serviço D Figura 17 – Nível de serviço E Figura 18 – Nível de serviço F Serventia É a medida da habilidade do pavimento em servir o tráfego que utiliza a rodovia, ou seja, está relacionada a qualidade da camada de rolamento do pavimento em si e não a geometria da via ou suas características de uso. É estudada, dentro da Engenharia de Transportes, pela gerencia de pavimentos. A tendência mais recente tem sido a de se procurar quantificar, por meio de medidas e ensaios adequados, uma escala arbitrária qualitativa baseada em ponderações de vários tipos de usuários. Desta forma surgiu durante a realização do Ensaio AASHO (atualmente AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials) o conceito de serventia. O Índice de Serventia Atual (ISA) é baseado em uma escala qualitativa construída com a opinião de vários usuários. A esta escala de opiniões foi associada uma escala numérica de 0 a 5 (Figura 19), em que 0 indica um pavimento totalmente destruído ou inaceitável e 5 indica um pavimento perfeito. Definida a escala, foram desenvolvidos ensaios para a medida de certas características associadas ao comportamento do pavimento e que combinadas adequadamente por meio de uma equação experimental, fornecesse o índice numérico correspondente à escala de opinião. Atualmenteos ensaios utilizados ou as medidas efetuadas dizem respeito principalmente à irregularidade longitudinal, intensidade de trincamento e a profundidade média das trilhas provocada pelas rodas. Cabe salientar que o valor considerado como mínimo aceitável na escala 0 a 5, varia também com o tipo de pavimento e o tipo de estrada. FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 – F lu x o d e V eí cu lo s 32 Figura 19 – Escala de avaliação da serventia O diagrama Espaço-Tempo Uma das ferramentas mais úteis para a análise de fluxos de veículos é o diagrama espaço- tempo. O diagrama espaço-tempo é nada mais que um gráfico XY onde a posição de cada veículo, ao longo de uma via, é plotada. O eixo das abscissas representa o tempo e o das ordenadas, a distância, ou seja, a localização do veículo na via. Usualmente, num diagrama espaço-tempo estão representadas as trajetórias de vários veículos, como mostra a Figura 20. O diagrama espaço-tempo ilustrado na Figura 20, mostra as trajetórias de um conjunto de trens operando num trecho de via. A separação vertical entre trajetórias num dado instante (por exemplo, t1) mostra a distância entre trens sucessivos. A separação horizontal entre trajetórias sucessivas num determinado ponto (por exemplo, dA) indica o intervalo de tempo entre uma composição e outra. Para certas tecnologias de transporte, a distância e tempos mínimos que separam veículos consecutivos são especificados ou incorporados no sistema de sinalização e controle de veículos. Figura 20 – Diagrama espaço-tempo para uma sequência de trens Um diagrama espaço-tempo permite identificar a velocidade instantânea de cada veículo em qualquer ponto da sua trajetória. Considere-se a velocidade instantânea do trem 3 no ponto X (ao passar pela estação A), que é a derivada da trajetória em X, v3(X) = ( )dS X dt . Tempo (min) D is tâ n c ia ( k m ) t1 t2 dA dB X Y Z S e p a ra ç ã o E s p a c ia l G A P Separação Temporal HEADWAY tmin dmin 1 2 3 4 5 Tempo (min) D is tâ n c ia ( k m ) t1 t2 dA dB X Y Z S e p a ra ç ã o E s p a c ia l G A P Separação Temporal HEADWAY tmin dmin 1 2 3 4 5 FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 – F lu x o d e V eí cu lo s 33 Se este trem continuasse a viajar nesta velocidade constante, ele chegaria à estação B no tempo indicado por Y. Entretanto, pode-se ver que logo após passar pelo ponto X, o trem 3 reduz sua velocidade, indo passar pela estação B somente no ponto Z, levando para isto (t2 – t1) minutos para viajar os (dB – dA) km que separam as duas estações. O trem 4 passa pela estação A numa velocidade superior à do trem 3 e mantém esta velocidade até que, para respeitar a distância de separação mínima entre trens (dmin), reduz sua velocidade e passa a viajar à mesma velocidade do trem 3. Isto faz com que a separação temporal entre as duas composições também seja a mínima permitida, tmin. Headway e Gap Pode-se usar o diagrama espaço-tempo da Figura 20 para definir dois parâmetros de grande importância para a caracterização dos fluxos de veículos: o headway e o gap. O headway é o intervalo de tempo que decorre entre a passagem de dois veículos sucessivo, normalmente medido em função da passagem da roda dianteira ou do para-choque dianteiro dos veículos por uma seção de controle. No diagrama espaço-tempo da Figura 20, o headway entre trens sucessivos é a distância horizontal que separa as suas trajetórias. Note-se que o headway varia, conforme variam as velocidades dos trens. O gap, ou espaçamento, é definido como a distância entre veículos sucessivos, medida de um ponto de referência comum nos veículos, normalmente o para-choque traseiro. No diagrama espaço-tempo da Figura 20, o espaçamento entre trens sucessivos é a distância vertical que separa as suas trajetórias. Note-se que o espaçamento também varia ao longo das trajetórias, em função da variação das velocidades dos trens. Comportamento de uma Corrente de Tráfego De todas as modalidades de transportes, os fluxos de veículos com controle menos centralizado são os do transporte rodoviário. Cabe a cada motorista decidir a velocidade, a rota, a posição no espaço, etc. do seu veículo sem estar sujeito a controles tão rígidos quanto aqueles a que os aviões ou trens estão submetidos. Em função destes aspectos e da enorme quantidade de carros e caminhões, o estudo do fluxo de veículos rodoviários é tratado por um ramo especializado da Engenharia de Transportes, a Engenharia de Tráfego. Os conceitos básicos da modelagem das correntes de tráfego, que é um dos assuntos mais importantes dentro da Engenharia de Tráfego, são apresentados a seguir. Da mesma forma que um rio é formado por um conjunto de moléculas de água que escoam ao longo de certa trajetória, uma corrente de tráfego é composta por um certo número de veículos que viajam por uma via. O comportamento desta corrente de tráfego, apesar de ser função do comportamento de cada carro, é distinto e tem propriedades diferentes daquelas dos veículos que fazem parte da corrente. À semelhança da Hidráulica, que estuda os fenômenos ligados ao fluxo de água, sem se interessar pelos movimentos de cada molécula, é conveniente estudar o comportamento das correntes de tráfego de forma macroscópica, ignorando o que acontece com cada carro individualmente. O fluxo de uma corrente de tráfego numa rodovia pode ser contínuo ou interrompido. Um fluxo de tráfego contínuo é aquele em que não existem interrupções periódicas na corrente de tráfego (tipo de fluxo encontrado em autoestradas e outras vias com acesso limitado, onde não existem semáforos, sinais de parada obrigatória ou de preferencial à frente e nem interseções em nível). Pode-se admitir fluxo contínuo em trechos de rodovias onde as interseções em nível estejam separadas por distâncias consideráveis. Os fluxos de tráfego interrompidos são encontrados nos trechos de vias onde existem dispositivos que interrompem o fluxo de veículo periodicamente. O fluxo de veículos, neste caso, não depende apenas da interação entre os veículos, mas também do intervalo entre as interrupções do tráfego, como será visto adiante. Os parâmetros que caracterizam uma corrente de tráfego podem ser divididos em duas categorias: parâmetros macroscópicos e microscópicos. Os parâmetros macroscópicos representam características do fluxo de veículos como um todo; os parâmetros microscópicos caracterizam o comportamento de veículos individuais dentro do fluxo, em relação aos outros veículos que compõem a corrente [McShane e Roess, 1990]. Os FATEC Zona Leste | Tecnologia dos Transportes | Prof. Celio Daroncho | 2014-1 C ap ít u lo : 3 – F lu x o d e V eí cu lo s 34 parâmetros macroscópicos que descrevem um fluxo de tráfego são o volume, a velocidade e a densidade (concentração). Volume de Tráfego O volume de tráfego numa certa via é definido como o número de veículos passando por uma seção de controle durante um intervalo de tempo: n q t Equação 1 – Volume de tráfego onde: q = volume de tráfego; n = número de veículos; t = intervalo de tempo. O volume é medido através de uma contagem, que pode ser automática ou manual. A contagem pode se referir a uma única faixa de tráfego ou a todas as faixas de tráfego; pode dizer respeito a um único sentido de tráfego ou aos dois sentidos de tráfego. Figura 21 – Diagrama espaço-tempo para um grupo de veículos (Setti, 1999) Considere-se o diagrama espaço-tempo mostrado na Figura 21. O volume no ponto d2, no intervalo T = t3 – t1, é q = 4 veic/T. Se T = 4 min, o volume é q = 1 veic./min ou, em unidades mais usuais na prática, q = 60 veic/h. Note-se que a determinação do volume depende dos instantes
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