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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Renan Favero
ANÁLISE DE TRÁFEGO E SOLUÇÕES VIÁRIAS – ESTUDO DE CASO EM UMA INTERSEÇÃO NA CIDADE DE SANTA MARIA - RS
Santa Maria, RS 2017
Renan Favero
ANÁLISE DE TRÁFEGO E SOLUÇÕES VIÁRIAS – ESTUDO DE CASO EM UMA INTERSEÇÃO NA CIDADE DE SANTA MARIA - RS
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil
Orientadora: Profª. Drª. Tatiana Cureau Cervo
Santa Maria, RS 2017
Renan Favero
ANÁLISE DE TRÁFEGO E SOLUÇÕES VIÁRIAS – ESTUDO DE CASO EM UMA INTERSEÇÃO NA CIDADE DE SANTA MARIA - RS
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil
Aprovado em 05 de Julho de 2017:
Tatiana Cureau Cervo, Dra. (UFSM) (Presidente/Orientadora)
Carlos J. K. Felix, Dr.(UFSM)
Marcelo Fontinelli Rossés, Eng.
Santa Maria, RS 2017
DEDICATÓRIA
À Deus e à minha família, em especial aos meus pais João Pedro Fávero e Judite Forlin Favero, que sempre me apoiaram, e que são exemplos constantes de força,
amor incondicional e fé.
AGRADECIMENTOS
Gostaria de ressaltar que este trabalho não foi apenas um sonho que se
realizou, mas é uma vitória conjunta, que envolveu o trabalho de professores,
profissionais e meus familiares, os quais me apoiaram incessantemente.
Não tenho palavras para expressar a alegria de atingir o fim desta caminhada,
de ter feito tantas amizades que sem dúvida foram fundamentais para dar animo e
continuar pesquisando.
Quero agradecer a compreensão, apoio e amizade de minha orientadora
Prof.ª Dra. Tatiana Cureau Cervo, que é um exemplo de professora e amiga. Aos
Prof. Dr. Félix e Prof. Dr. Deividi que sempre deram todo apoio e incentivo
necessário,pela suas amizades e confiança em um trabalho de pesquisa novo na
instituição UFSM.
Quero agradecer a todos os profissionais do Instituto de Planejamento de
Santa Maria - IPLAN que forneceram todo suporte técnico necessário, em especial
ao Engenheiro Francisco Severo, Marcelo Rossés, e a Arquiteta Laura Krebs por
sua dedicação.
-à minha família,em especial à minha mãe Judite ForlinFavero que é exemplo
de amor inconstitucional e fé.
-aos meus amigos e colegas Andressa Schumacher, Andressa Frohich,
Gabriel Neves, Gabriela Bertotti, Mathias Wrzesinski, Kelly Bentz, Priscila Jacobsen
Renan Fernandes.
-aos amigos do intercâmbio, e os da infância que foram minha família longe
de casa.
E por último e mais importante a Deus, por me dar força e coragem para não
desistir.
Quero agradecer a todos por não desistirem de mim e me apoiarem a crescer
e melhorar cada dia, sem vocês nada disso seria possível.
RESUMO
ANÁLISE DE TRÁFEGO E SOLUÇÕES VIÁRIAS EM UMA INTERSEÇÃO NA CIDADE DE SANTA MARIA - RS
AUTOR: RENAN FAVERO ORIENTADORA: TATIANA CUREAU CERVO
Este trabalho tem como objetivo a aplicação da técnica da microssimulação de tráfego para análise de uma intervenção viária de uma interseção no município de Santa Maria – RS. O local foi escolhido com base na necessidade de estudos na região proposta pelo Instituto de Planejamento de Santa Maria – IPLAN devido ser uma área de grande crescimento populacional, de pólos geradores de tráfego e por consequência apresentar grandes níveis de congestionamento e formação de filas. Para isto, foram analisados diferentes cenários para minimizar o congestionamento como: cruzamento com rótula única, cruzamento semaforizado e viaduto com rotatória, todos cenários foram simulados com base na demanda atual e demanda futura. A coleta foi realizada em três dias úteis e nos horários de pico escolhidos com base nos dados do Projeto de Mobilidade Urbana – PDMU do município de 2011. Os diferentes cenários foram simulados com a demanda atual e demanda projetada para 10 anos no software Aimsun 8.0, o qual foi disponibilizado pelo IPLAN, os dados de saída foram analisados e os cenários foram comparados através dos indicadores: velocidade, fluxo, densidade do tráfego e estimativa de custo. Os resultados indicaram que a construção de um viaduto com rotula é a melhor proposta de melhoria na intervenção viária, pois possibilita uma maior velocidade média do local, menor densidade e maior fluxo de veículos de forma geral, mas deve-se observar o elevado custo de investimento e a necessidade de medidas que incentivem o uso do transporte público a fim de conter o crescimento da frota de veículos na cidade. Palavras-chave: Microssimulação de tráfego. Interseções. Aimsun.
ABSTRACT
ANALYSIS OF TRAFFIC AND ROAD SOLUTIONS IN AN INTEREST IN THE CITY OF SANTA MARIA - RS
AUTHOR: RENAN FAVERO ADVISOR: TATIANA CUREAU CERVO
This work has the objective of applying the technique of traffic microsimulation for the analysis of an intersection roadway intervention in the municipality of Santa Maria - RS. The site was chosen based on the need for studies in the region proposed by the Institute of Planning of Santa Maria - IPLAN due to being an area of great growth of poles generating traffic and consequently to present great levels of congestion and formation of queues. For this, different scenarios were analyzed to minimize congestion, such as: single-patella crossing, traffic light crossover and overpass with rotatory, all scenarios were simulated based on current demand and future demand. The collection was carried out in three working days and in the peak hours chosen based on the data of the Urban Mobility Project - PDMU of the municipality of 2011. The different scenarios were simulated with the current demand and projected demand for 10 years in the software Aimsun 8.0, Which was made available by IPLAN, the output data were analyzed and the scenarios were compared through the indicators: speed, flow, traffic density and cost estimate. The results indicated that the construction of a ruptured viaduct is the best proposal for improvement in road intervention, since it allows a higher average speed of the site, a lower density and a greater flow of vehicles in general, but it should be noted the high cost of Investment and the need for measures to encourage the use of public transport in order to contain the growth of the city's fleet of vehicles.
Keywords: Traffic micro simulation. Intersections.Aimsun.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Horários de coleta de dados ................................................................ 35
Tabela 2- Valores dos fatores para veículos de carga a diesel ............................ 45
Tabela 3 – Orçamento da rotatória como alternativa para o cruzamento ............. 46
Tabela 4 – CUB do Rio Grande do Sul ................................................................ 47
Tabela 5 – Orçamento de semáforos como alternativa para o cruzamento ......... 47
Tabela 6 – Previsão de custos do viaduto como alternativa para o cruzamento .. 48
Tabela 7- Contagens volumétricas de fluxo do sentido “A” .................................. 50
Tabela 8- Fator de equivalência de veículos ........................................................ 51
Tabela 9- Cálculo para horário de pico ................................................................ 51
Tabela10- Resultado de conversões do Fluxo “A” ............................................... 52
Tabela11- Resumo da demanda atual de tráfego e conversões .......................... 53
Tabela 12- Crescimento da frota de veículos em Santa Maria ............................. 54
Tabela 13- Resumo da demanda futura de tráfego e conversões ........................ 58
Tabela 14- Extrapolação dos dados do perfil diário da contagem automática do posto CV 01 para o sentido A ........................................................................................ 61
Tabela 15- VDM dos sentidos de fluxos analisados ............................................. 65
Tabela 16- Tabela de crescimento do fluxo de veículos por sentido .................... 66
Tabela 17- Cálculo de velocidade máxima desejada – sentido A ........................ 68
Tabela 18- Cálculo de velocidade máxima desejada – sentido D ........................ 68
Tabela 19- Ciclo semafórico - sentido A ............................................................... 68
Tabela 20- Ciclo semafórico - sentido D .............................................................. 69
Tabela 21- Ciclo semafórico - sentido D .............................................................. 69
Tabela 22- Dimensões do veículo – carro ............................................................ 70
Tabela 23- Parâmetros do modelo dinâmico calibrado ........................................ 70
Tabela 24- Parâmetros do modelo microscópico ................................................. 70
Tabela 25- Parâmetros do tempo de reação ........................................................ 71
Tabela 26 - Resumo dos resultados das simulações ........................................... 71
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Relação volume e densidade .............................................................. 19
Figura 2 – Relação velocidade por densidade ..................................................... 19
Figura 3 – Relação entre velocidade e volume .................................................... 19
Figura 4 – Relação entre velocidade, volume e densidade .................................. 19
Figura 5 – Escolha da interseção de acordo com o volume de tráfego ................ 22
Figura 6 – Exemplo de rotatória ........................................................................... 23
Figura 7 – Rotatória moderna e suas características peculiares .......................... 24
Figura 8 – Exemplos de interseções em desníveis .............................................. 26
Figura 9 – Local da área de estudo ...................................................................... 31
Figura 10 – Interseção da área de estudo ............................................................ 32
Figura 11 – Exemplo de variação de tráfego diário .............................................. 34
Figura 12 – Sentido dos fluxos do cenário atual no local de estudo ..................... 36
Figura 13- Representação do cenário atual ......................................................... 38
Figura 14- Modelagem do cenário atual ............................................................... 39
Figura 15- Modelagem da rótula .......................................................................... 39
Figura 16-Modelagem do cruzamento semaforizado ........................................... 40
Figura17- Tempo semafórico ............................................................................... 41
Figura 18- Modelagem do viaduto com rótula ...................................................... 41
Figura 19- Definição dos Movimentos .................................................................. 42
Figura 20- Dados de entrada da demanda atual .................................................. 42
Figura 21 – Planilha de contagem de fluxos:aplicativo “multicounter” .................. 49
Figura 22 – Sentido dos fluxos no local de estudo ............................................... 49
Figura 23 – Local da interseção no horário da contagem .................................... 50
Figura 24- Fluxo de veículos no sentido A1 ......................................................... 52
Figura 25- Crescimento da frota total em Santa Maria ......................................... 55
Figura 26- Crescimento da frota total de automóveis em Santa Maria ................. 55
Figura 27- Crescimento da frota de caminhões em Santa Maria ......................... 56
Figura 28- Crescimento da frota de motocicleta em Santa Maria ......................... 56
Figura 29- Crescimento da frota de ônibus em Santa Maria ................................ 57
Figura 30- Localização dos pontos de contagens ................................................ 59
Figura 31- Perfil semanal da contagem automática do posto CV 01 .................... 60
Figura 32- Perfil diário da contagem automática do posto CV 01 ......................... 61
Figura 33- Extrapolação dos dados do sentido A ................................................. 62
Figura 34- Extrapolação dos dados do sentido ..................................................... 62
Figura 35- Perfil semanal da contagem automática do posto CV 04 .................... 63
Figura 36- Perfil diário da contagem automática do posto CV 04 ......................... 64
Figura 37- Extrapolação dos dados postos B- C e E ............................................ 64
Figura 38- Esquema de fluxos – Software Visum ................................................. 65
Figura 39- Simulação do cenário atual com a demanda atual .............................. 67
Figura 40- Configuração do cenário atual ............................................................. 72
Figura 41- Configuração do cenário com rótula .................................................... 72
Figura 42- Configuração do cenário com cruzamento semaforizado .................... 73
Figura 43 - Configuração do cenário com viaduto e rótula projetados .................. 74
Figura 44 - Projeto do viaduto com faixa exclusiva para ônibus ........................... 74
Figura 45 - Velocidade simulada para o cenário atual com demanda atual.......... 75
Figura 46 - Fluxo simulado para o cenário atual com demanda atual .................. 76
Figura 47 - Densidade simulada para o cenário atual com demanda atual .......... 76
Figura 48 - Velocidade simulada para o cenário atual com demanda futura ........ 77
Figura 49 - Fluxo simulado para o cenário atual com demanda futura ................. 78
Figura 50 - Densidade simulada para o cenário atual com demanda futura ......... 78
Figura 51 - Velocidade simulada para o cenário com rotatória e demanda atual . 79
Figura 52 - Fluxo simulado para o cenário com rotatória e demanda atual .......... 79
Figura 53 - Densidade simulada para o cenário com rotatória e demanda atual .. 80
Figura 54 - Velocidade simulada para o cenário com rotatória e demanda futura 80
Figura 55 - Fluxo simulado para o cenário com rotatória e demanda futura ......... 81
Figura 56 - Densidade simulada para o cenário com rotatória e demanda futura 81
Figura 57 - Velocidade simulada para o cruzamento semaforizado com demanda atual ...................................................................................................................... 82
Figura 58 - Fluxo simulado para o cruzamento semaforizado com demanda atual .83
Figura 59 - Densidade simulada para o cruzamento semaforizado com demanda atual ...................................................................................................................... 83
Figura 60 - Velocidade simulada para o cruzamento semaforizado e demanda futura .............................................................................................................................. .84
Figura 61 - Fluxo simulado para o cruzamento semaforizado e demanda futura . 85
Figura 62 - Densidade simulada para o cruzamento semaforizado e demanda futura ............................................................................................................................. 85
Figura 63 - Velocidade simulada para o cenário com viaduto e demanda atual .. 86
Figura 64 - Fluxo simulado para o cenário com viaduto e demanda atual ........... 86
Figura 65 - Densidade simulada para o cenário com viaduto e demanda atual ... 87
Figura 66 - Velocidade simulada para o cenário com viaduto e demanda futura . 87
Figura 67 - Fluxo simulado para o cenário com viaduto e demanda futura .......... 88
Figura 68 - Densidade simulada para o cenário com viaduto e demanda futura.. 88
Figura 69 - Comparação da velocidade entre os cenários ................................... 89
Figura 70- Comparação da velocidade harmônica entre os cenários .................. 90
Figura 71 - Comparação do fluxo entre os cenários ............................................. 90
Figura 72 - Comparação da densidade entre os cenários .................................... 91
Figura 73 - Comparação da fila média nos diferentes cenários ........................... 92
Figura 74 - Comparação do número de paradas nos diferentes cenários ............ 92
Figura 75 - Comparação do tempo parado nos diferentes cenários ..................... 93
Figura 76 - Comparação da emissão de CO2 nos diferentes cenários ................ 94
Figura 77 – Comparação dos Custos das Alternativas Viárias............................. 95
LISTA DE APÊNDICES
Apêndice A - Síntese das contagens do sentido A ........................................... 102
Apêndice B - Síntese das contagens do sentido B ........................................... 103
Apêndice C -Síntese das contagens do sentido C ........................................... 104
Apêndice D - Síntese das contagens do sentido D .......................................... 105
Apêndice E - Síntese das contagens do sentido E ........................................... 106
Apêndice F - Análise de horário de pico e FHP sentido A ................................ 107
Apêndice G - Análise de horário de pico e FHP sentido B ............................... 108
Apêndice H - Análise de horário de pico e FHP sentido C ............................... 109
Apêndice I - Análise de horário de pico e FHP sentido D ................................. 110
Apêndice J - Análise de horário de pico e FHP sentido E ................................ 111
Apêndice L - Tabela de velocidade máxima desejada ..................................... 112
Apêndice M - Tabela de velocidade máxima desejada .................................... 113
Apêndice N - Síntese dos resultados das simulações ...................................... 114
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 14 1.1 OBJETIVO GERAL................................................................................. 15 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................. 15 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................. 16 2.1 ESTUDO DE TRÁFEGO ........................................................................ 16 2.1.1. Características doTráfego ................................................................... 17 2.1.2. Ferramentas de análise do tráfego ..................................................... 19 2.2 PROJETOS DE INTERSEÇÃO .............................................................. 20 2.2.1 Rotatoria ................................................................................................ 22 2.2.2 Interseções em desníveis ................................................................... 25 2.2.3 Semáforos ............................................................................................. 26 2.3 SIMULAÇÃO DE TRÁFEGO .................................................................. 27 2.3.1. Modelos de simulação ......................................................................... 27 2.3.2. Verificação e Calibração ...................................................................... 28 2.3.3. Software AIMSUN ................................................................................. 28 3. METODOLOGIA .................................................................................... 30 3.1 ESCOLHA DO LOCAL DE ESTUDO ..................................................... 31 3.2 DETERMINAÇÃO DO TRAFEGO ATUAL ............................................. 33 3.3 PROJEÇÃO DE DEMANDA FUTURA ................................................... 36 3.4 PROGRAMA AIMSUM ........................................................................... 37 3.4 MODELAGEM NO PROGRAMA AIMSUN ............................................ 37 3.5.1 Cenário 1: Situação Atual .................................................................... 37 3.5.2 Cenário 2: Rótula .................................................................................. 39 3.5.3 Cenário 3: Cruzamento semaforizado ................................................ 40 3.5.4 Cenário 4: Viaduto com rotatória ........................................................ 41 3.6 CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO CENÁRIO ATUAL ........................... 43 3.7 EMISSÃO DE POLUENTES .................................................................. 44 3.8 ESTIMATIVA DE CUSTOS ................................................................... 46 4. RESULTADOS ....................................................................................... 49 5. CONCLUSÕES ...................................................................................... 96 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 99 APÊNDICES........................ ................................................................. 101
14
1. INTRODUÇÃO
O alto índice do crescimento da frota de veículos cria uma demanda de
maiores investimentos em oferta de infraestrutura. O crescimento desta frota é
verificado em quase todos os países e buscam-se, dessa forma, soluções que se
adéquem às novas necessidades viárias de forma viável e econômica.
Atualmente, Santa Maria apresenta segundo dados do Denatran (2015) e
Censo IBGE (2010), um veículo a cada duas pessoas e um crescimento médio de
6%. Isso corrobora o aumento exponencial do congestionamento ao longo dos anos
e deflagra a necessidade de estudos e medidas que mitiguem os efeitos negativos
do aumento da frota e circulação de veículos individuais.
Bilbao-Ubillos (2008) afirma que o congestionamento é uma externalidade
negativa que afeta não só a economia, mas também as pessoas. Bilbao (2008)
afirma também que o aumento do tempo no congestionamento pode causar doenças
devido ao estresse.
Quaisquer modificações que possam afetar a rede de transportes geram
consequências sociais, e cabe aos engenheiros avaliarem os impactos negativos e
positivos para buscar uma solução de maior abrangência social.
Diante de tal necessidade, o uso da simulação de tráfego como ferramenta de
planejamento urbano passou a ser amplamente usada a fim de analisar os
parâmetros de qualidade de fluxo e acesso em rodovias.
Para fazer um bom planejamento urbano faz-se necessário o uso de dados
reais, estes dados devem representar o cenário atual da forma mais precisa. As
melhorias devem atender uma demanda futura, para que os investimentos viários
tenham impactos positivos também em longo prazo.
A microssimulação é uma ferramenta capaz de reproduzir diversos cenários
reais de tráfego, e é amplamente usada na elaboração de estudos e
desenvolvimento de projetos em engenharia de transportes. Os modelos de
simulação são especialmente úteis quando as estratégias em análise exigem novas
construções ou investimentos onerosos (PARK E QI, 2006).
Neste trabalho foi utilizado o programa AIMSUM 8.0 em um estudo de caso
de uma rodovia urbana, a fim de simular cenários atuais e futuros de tráfego e
15
avaliar através de indicadores de fluxo, densidade, tempo de espera, as alterações
produzidas na malha viária de possíveis alterações na via.
1.1. OBJETIVO GERAL
Avaliar a demanda atual do tráfego de uma interseção na cidade de Santa
Maria. Propor alterações em infraestrutura e comparar as características de tráfego
proporcionadas por cenários diferentes no cruzamento e para uma demanda futura.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) definir o local de estudo;
b) quantificar a demanda atual através de contagem de campo;
c) modelar o cenário atual e avaliar o nível de congestionamento;
d) sugerir propostas de intervenção viária, sinalização e infraestrutura;
e) calcular uma projeção futura da demanda de tráfego;
f) elaborar modelos de infraestrura e sinalização modificada;
g) análise das características de tráfego nos diferentes cenários;
h) avaliar uma previsão de custos de cada cenário analisado.
16
2. REVISÃO BILBIOGRÁFICA
O transporte urbano é um elemento fundamental das economias modernas e,
no entanto, encontra-se diante de uma contradição permanente na sociedade, que
exige cada vez mais facilidades para se deslocar, mas, ao mesmo tempo, suporta
cada vez menos os elevados custos, a lentidão do trânsito, a degradação ambiental
e a qualidade do transporte público (ANTP, 2007).
Devido à importância da mobilidade urbana para o funcionamento das
grandes cidades. Segundo (Oliveira, 2014) em 1930 foram dados os primeiros
passos no estudo sobre a circulação de tráfego e com a popularização do veículo
automotivo, Lighthill e Whitham (1955) propuseram a teoria do fluxo de tráfego
(Traffic Flow Theory).
Essa teoria teve início da década de 50, na qual é feita uma analogia entre os
veículos no tráfego e as partículas num fluido, ela ajuda a compreender as
propriedades do fluxo de tráfego, a fim de avaliar a capacidade das vias existentes
ou projetar novas estradas.
Ainda, segundo Oliveira (2014), anos depois, no final dos anos 70 surgiram os
primeiros modelos de simulação para análise de operações de tráfego. Entre eles se
destacam FREQ, CORQ e INTRAS, e nos anos de 1980 e 1990, com o FRESIM,
KRONOS, INTEGRATION, PARAMICS e AIMSUN-2.
A avaliação do fluxo viário através de simulação exige menor recurso e
possibilita maior segurança, uma vez que não é necessária a sua implantação na
vida real para analisar os impactos causados pelas alterações (GOMES, 2004).
2.1. ESTUDOS DE TRÁFEGO
De acordo com o DNIT (2006), o objetivo dos estudos de tráfego é obter,
através de métodos sistemáticos de coleta, dados relativos aos elementos
fundamentais do tráfego (motorista, pedestres, veículo e via) e seu inter-
relacionamento.
Para o conhecimento da demanda de tráfego é necessário um estudo que
permita a determinação quantitativa das origens dos fluxos e dos destinos.
17
[...] Por meio dos estudos de tráfego é possível conhecer o número de veículos que circula por uma via em um determinado período, suas velocidades, suas ações mútuas, os locais onde seus condutores desejam estacioná-los, os locais onde se concentram os acidentes de trânsito, etc. Permitem a determinação quantitativa da capacidade das vias e, em consequência, o estabelecimento dos meios construtivos necessários à melhoria da circulação ou das características de seu projeto (DNIT, 2006).
O estudo de tráfego se constitui como um instrumento de planejamento de
vias, melhorias e gerenciamento do tráfego com vistas ao seu emprego para
transportar pessoas e mercadorias de forma eficiente, econômica e segura.
2.1.1. Características do tráfego
De acordo com o Manual de DNIT (2006), o volume, a velocidade e a
densidade são três características fundamentais dos aspectos dinâmicos do tráfego.
A análise destes três elementos permite a avaliação global da fluidez do movimento
geral de veículos.
O volume de tráfego é normalmente expresso em veículos/hora (vph) e é
obtido através do número de veículos que passam por uma seção em um período de
tempo, sua importância é determinada pela capacidade da via de comportar um
determinado fluxo, e o nível de serviço da rodovia.
A média de volumes de veículos que circulam em 24 horas é designada como
VDM – volume médio diário e pode ser computado anualmente - para maior
representatividade.
A determinação do período de coleta de dados para cálculo do fluxo é de
grande importância devido às sazonalidades impostas pelo meio social, podendo ser
ela diária, devido, por exemplo, aos movimentos pendulares e semanais de
trabalhadores.
Ainda conforme o DNIT (2006), 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, que apresentam variações entre si da
ordem de 5%, ou sazonalidades anuais devido ao período de safras e de férias que
alteram significativamente o volume de tráfego nas rodovias.
Velocidade é, dentre as características essenciais do tráfego, uma das mais
complexas para definir.
18
De acordo com o Manual de Estudo de Tráfego do DNIT (2006), a velocidade
assume várias formas, de acordo com o tipo de tempo que é utilizado podendo ser
calculada pontualmente ou como uma média no tempo percorrido.
A velocidade de projeto é definida com base nos elementos geométricos das
vias para garantir a segurança dos usuários. Velocidade desejável é definida para
este trabalho como a velocidade em fluxo livre ou de menor congestionamento que
um veículo percorre determinado trajeto.
Também de acordo como prescreve DNIT (2006), define-se como densidade
o número de veículos por unidade de comprimento da via, essa característica reflete
diretamente o grau de liberdade de manobra e conforto de usuário da via.Pode ser
medida experimentalmente, ou pela relação:
𝐷𝑡 = 𝐹𝑚𝑡
𝑉𝑚𝑡
Onde:
Dt = densidade (veic/km)
Fmt = fluxo médio no trecho em (veic/h)
Vmt = velocidade média no trecho (km/h)
Demais características como “headway”, ou intervalo de tempo, que é o
tempo transcorrido entre a passagem de dois veículos, tempo de reação do pare,
tempo de reação no semáforo e características geométricas influenciam diretamente
nos parâmetros principais do tráfego (fluxo, velocidade e densidade).
A inter-relação das principais características do tráfego pode ser expressa
graficamente através de gráficos obtidos de fluxo contínuo.
A relação entre densidade e fluxo: com aumento do fluxo de veículos a
densidade de veículos em uma via aumenta até um pico chamado de densidade
máxima, ou capacidade da via, a partir do qual a via está saturada (Figura 1).
A relação entre velocidade e densidade: expressa na Figura 2 demonstra que
partindo de uma velocidade de fluxo livre (Vf), em uma via idealizada, aumentando o
valor do fluxo, a velocidade média é reduzida até um ponto de densidade ótima (Do),
e este ponto corresponde ao fluxo máximo que a via pode carregar.
(1)
19
A relação entre velocidade por faixas e velocidade média (Figura 3), assim
como a relação entre fluxo e densidade, pode ser aproximada por uma parábola,
mas de eixo vertical, neste caso observa-se que um aumento na densidade acarreta
em um aumento no fluxo até atingir a densidade ótima (Do), a partir do qual o fluxo
diminui com o aumento da densidade.
Estas três variáveis podem ser expressas a partir de um gráfico em três
dimensões correspondentes (Figura 4).
2.1.2 Ferramentas de análise do tráfego
De acordo com FHWA (2004a), as ferramentas de análise de tráfego são
tipicamente capazes de avaliar, simular e aperfeiçoar a operação de sistemas de
Fonte: Manual de Tráfego DNIT, (2006)
Figura 3 – Relação entre velocidade e volume
Figura 4 – Relação entre velocidade, volume e densidade
Figura 1 – Relação volume e densidade Figura 2 – Relação velocidade e densidade
Fonte: Manual de Tráfego DNIT, (2006)
Fonte: Manual de Tráfego DNIT, (2006) Fonte: Manual de Tráfego DNIT, (2006)
20
transportes. Ainda, com estas, pode-se e prever resultados das diferentes
alternativas de projeto, incluindo o planejamento, geometria e projetos de operação
e implantação.
Podem-se citar como principais funções das simulações:
a) Melhoria do processo de tomada de decisão;
b) Avaliar e priorizar alternativas de melhorias e intervenções;
c) Melhorar projetos, reduzir tempo de análise e custos;
d) Redução de distúrbios ao tráfego;
e) Servir como ferramenta de marketing e apresentação ao público e para
os responsáveis pelo financiamento;
f) Operar e gerenciar a capacidade de vias existentes;
g) Monitorar a desempenho de instalações de transporte
Quanto às desvantagens, a simulação sofre das mesmas desvantagens que
modelos matemáticos e experimentos laboratoriais, onde existe sempre a suspeita
de que o modelo ou experimento não seja capaz de representar devidamente a
situação real que se deseja estudar (GOMES 2004).
Ainda, segundo Saliby (1989), podem-se destacar desvantagens relacionadas
às dificuldades de modelagem e de programação; ao tempo de processamento, à
baixa precisão dos resultados fruto da utilização da amostragem, e à validação dos
resultados, seja de modelo conceitual seja do computadorizado.
2.2PROJETOS DE INTERSEÇÃO
Diversos fatores influem na escolha do tipo e dimensões de uma interseção,
mas os principais são os volumes horários de projeto das várias correntes de tráfego
e sua composição por tipo de veículo (DNIT 2005).
No projeto de uma interseção o tráfego que gira à esquerda deve ser separado do tráfego direto sempre que possível. A inclusão de faixas de giro à esquerda reduz de 20% a 65% as colisões, sendo recomendadas sempre que os volumes de tráfego são suficientemente elevados (GLUCK, J.S. 1999).
Com o objetivo de tornar os pontos de conflito mais seguros, busca-se
estudar o melhor meio de organização viária que possa evitar acidentes e
proporcionar um fluxo contínuo.
21
Segundo DNIT (2005) define-se interseção como a área em que duas ou mais
vias se unem ou se cruzam, abrangendo todo o espaço destinado a facilitar os
movimentos dos veículos que por ela circulam.
A fim de nortear os parâmetros de projetos das interseções, o DNIT publicou
em 2005 a segunda versão do manual de projeto de interseção, o qual descreve
alguns parâmetros e enfatiza que são parâmetros mínimos não absolutos, e que as
dimensões devem ser adequadas a cada projeto assegurando a segurança e
economicidade de cada projeto.
Com base no Manual de Projeto de Interseções (2005) pode-se afirmar que
praticamente não existem critérios que possam definir o tipo de interseção a ser
usado com precisão para cada situação. O tipo de interseção deve atender as
necessidades típicas de cada local como: velocidade, demanda de capacidade,
aspectos topográficos, orçamento e dados de pesquisas disponíveis de cada local.
Para que existam normas gerais na escolha da solução a adotar em cada
caso, a Suécia em 2002 estabeleceu as normas suecas chamadas Vägutformning
94. Estas são orientadas por meio de gráficos e fórmulas que auxiliam a escolha da
solução e padroniza os projetos, porém não são comumente usadas no Brasil.
As normas suecas dividem as interseções de acordo com o número de ramos
e tem como objetivo nortear a escolha das intervenções nos cruzamentos com base
no trânsito. Também, foram criadas para auxiliar a prever os impactos de cada
alteração viária.
Já, de acordo com as normas inglesas, as interseções devem priorizar o
tráfego da via principal e adotou as sinalizações “Dê a Preferência” ou da sinalização
“Parada obrigatória” na via secundária.
Estudos ingleses relativos às soluções a adotar em interseções urbanas
(Road Research Laboratory, 1987) resultaram no gráfico da Figura 5, que relaciona
os tipos básicos de interseções com os volumes de tráfego das vias que se
interceptam.
22
Figura 5 – Escolha da interseção de acordo com o volume de tráfego
Fonte: Road Research Laboratory (1987)
No âmbito nacional não existem normas ou procedimentos para escolha do
tipo de interseção a ser adotada, de forma geral, cabe ao projetista avaliar cada
situação e atender os princípios básicos de um bom projeto de interseção são:
permitir a passagem de uma rodovia para outra e o fluxo direto da rodovia principal
com o mínimo de demora e o máximo de segurança.
Para alcançar esses objetivos os custos devem ser mantidos em limites
razoáveis, haver fácil entendimento pelos usuários e garantir boa visibilidade e
segurança (DNIT, 2005).
2.2.1 Rotatória
Rótula, ou rotatória (Figura 6), são soluções de interseções em mesmo nível
em que o tráfego se move no sentido anti-horário ao redor de uma ilha central
(DNIT, 2005).
23
Os principais impactos de sua implantação é que a rotatória obriga o
motorista a diminuir a velocidade em função de sua geometria e diminui os “pontos
de conflitos” que são áreas prováveis de colisão em um cruzamento (PINI, 2010).
Uma rotatória atende em média de 700 a 800 veículos por hora, suportando
até um máximo de 1.200 rodantes. Quando comparado com os semáforos, a
principal vantagem da rotatória é que sua vida útil é muito longa (20 anos) e o custo
de manutenção é quase zero. "Os semáforos, no segundo ano, já começam a ter um
custo de manutenção de 2% a 3% de seu valor." (PINI 2010).
Figura 6 – Exemplo de Rotatória
Fonte: Condutor Inteligente (Disponível em<http://condutorinteligente.com.br/>Acessado em 22/08/2016)
Rotatória vazadaé uma solução em que correntes diretas da via principal
atravessam uma ilha central, em torno da qual as demais correntes circulam no
sentido anti-horário (DNIT, 2006).
A primeira interseção rotatória de sentido único foi construída em 1904 nos
Estados Unidos, no “Columbus Circle” até hoje operando em Nova York. Com
grande sucesso no início, depois de algum tempo foi identificado um elevado
número de acidentes devido à falta de regulamentação semafórica e elevadas
velocidades.
Em 1966, depois de estudos sobre um tema considerado ultrapassado, os
britânicos conceberam um sistema chamado de “Rotatória Moderna”, até hoje em
uso, da o direito à passagem dos veículos que já estão em movimento circular,
24
concebida de menor raio e com velocidade reduzida o que proporcionou melhorias
significativas no nível de serviço e operação do tráfego.
As principais características e recursos da rotatória moderna são ilustrados na
Figura 7.
Figura 7 – Rotatória moderna e suas características peculiares
Fonte: FHWA (disponível em: <http://safety.fhwa.dot.gov/intersection/>adaptado , Acessado em 22/08/2016))
Diversos estudos comprovam que esta solução proporciona também menor
impacto no meio ambiente, com redução de emissões veiculares e de ruído ao
reduzir a fase de operação em que o veículo permanece completamente parado:
veículos em fase de aceleração e frenagem consomem mais combustível e, emitem
maior quantidade de gases tóxicos e poluentes (VICTORINO, 2013).
O DNIT/IPR (2005) traz algumas recomendações sobre elementos básicos de
projeto e princípios operacionais sobre rótulas modernas, descritas na sequência:
a) Em relação aos elementos de projeto, o diâmetro externo mínimo deve ter
entre 30 a 40 metros. O diâmetro interno deve ser suficiente para
acomodar veículos maiores, mas evitando espaços amplos que encorajem
velocidades elevadas.
25
b) A ilha central deve ter forma simples, como um círculo ou elipse e seu
objetivo é causar deflexão do tráfego para impedir o cruzamento direto da
interseção.
c) A largura das pistas da rotatória deve considerar o número deramos de
acesso e os raios de giro dos veículos circulando por ela,devendo estar
coerente com a largura das faixas dos acessos, que geralmente variam de
3,5 a 4,0 metros.
2.2.2 Interseções em desníveis
A implantação de uma interseção em nível diferente elimina o cruzamento das
correntes de fluxo do tráfego, minimiza os conflitos, o que em geral proporciona
maior fluidez do tráfego e garante maior segurança aos usuários.
Um estudo minucioso deve ser feito para determinar qual rodovia deverá passar sobre a estrutura. Nesta escolha os principais fatores a serem considerados são: custo da obra, adaptação à topografia do terreno, facilidade de construção, fluxo de maior volume, tipo e natureza das rodovias e, finalmente, as considerações de ordem estética (DNIT,2005).
A construção de um viaduto deve ser precedida de um estudo de impactos
ambientais e sociais, devido à grande alteração urbanística da cidade e de seu alto
custo estrutural.
Ainda, interseções em níveis diferentes podem causar desvalorização dos
empreendimentos ao seu entorno e gerar espaços residuais que necessitam de
monitoramento para garantir um espaço urbano seguro e limpo.
Há diferentes projetos geométricos a serem empregadas, (Figura 8) e sua
escolha deve ser em função da maior adaptação topográfica e econômica local.
Figura8 – Exemplos de interseções em desníveis
Fonte: adaptado DNIT (2005)
26
2.2.3 Semáforos
O primeiro semáforo surgiu em 1868, na cidade de Westminster, na
Inglaterra, com lâmpadas verdes e vermelhas a gás para uso durante a noite. Em
1918 iniciou-se o uso com semáforos de três cores operando em Nova Iorque.
É uma solução restritiva, e deve ser usada quando demais controladores de
tráfego não podem operar com segurança. Também, de acordo com Bezzera (2007),
nas interseções com menor volume de veículos e pedestres, a operação com uma
das vias preferencial, isto é, com prioridade de passagem, constitui uma solução
adequada no tocante ao desempenho operacional. No entanto, com o crescimento
do tráfego há o crescimento de filas e do tempo de espera e índice de acidentes.
A sequência de indicação luminosa de um semáforo (verde, amarelo,
vermelho e novamente verde), aplicada a uma ou mais correntes de tráfego ou
movimento, é denominada fase (DENATRAN, 1984).
Denomina-se estágio o intervalo de tempo em que uma ou mais correntes de
tráfego e/ou pedestres têm simultaneamente o direito de passagem. Durante esse
período, as indicações luminosas do cruzamento como um todo não mudam de
aspecto (DENATRAN, 1984). O estágio compreende o tempo de verde e de
entreverdes que o segue.
2.3 SIMULAÇÃO DE TRÁFEGO
Para Hollander e Liu (2008), a simulação de fluxos de tráfego sofreu um
enorme desenvolvimento desde o surgimento dos primeiros modelos, na década de
1950. Um dos primeiros simuladores foi o criado por Lighthill e Whitham no ano de
1955, que usava uma analogia entre o movimento de partículas de um fluido e o
fluxo de veículos.
Ainda de acordo com Portugal (2005), esses cenários permitem que sejam
considerados diferentes horários do dia, mudanças no tempo (presente/futuro),
mudanças no volume de tráfego e possíveis incidentes, avaliando de várias formas
as situações da área estudada antes de uma real intervenção no tráfego. Busca-se
através da técnica de simulação replicar sinteticamente uma sequência de eventos
hipotéticos no sistema em estudo.
27
A principal vantagem do uso de simulação, em relação à observação direta de
correntes de tráfego, é a possibilidade de se ter total controle sobre as variáveis que
influem na corrente de tráfego (McLean, 1989).
Ainda, de acordo com McLean, (1989), podem-se elencar outras vantagens
como:
a) Simular diferentes condições operacionais com rapidez;
b) Baixo custo operacional e facilidade de adequações à realidade;
c) Possibilidade de obtenção de dados impossíveis de serem observados
na prática para diversos cenários.
2.3.1 Modelos de simulação
Segundo Portugal (2005), os modelos de simulação de tráfego podem ser
classificados de acordo com seu nível de detalhes e funcionalidades:
a) Microscópicos: os veículos na corrente de tráfego são tratados
individualmente e se movem segundo o comportamento car-following e modelos de
mudança de faixa por rotas preestabelecidas com maior nível de detalhamento,
esses modelos são comumente usados para análise de uma interseção ou um
menor trecho de via. Como exemplos pode-se citar: CORSIM, INTRAS, TRANSIMS,
VISSIM, PARAMICS e AIMSUN.
b) Mesoscópicos: consideram sistemas de tráfego compostos de
elementos discretos, mas tais elementos não são unitários, (Silva e Tyler, 2001). É
um modelo intermediário, podem ser classificados como mesoscópicos os softwares
DYNASMART, DYNAMIT, AIMSUM.
c) Macroscópico: consideram a corrente de tráfego como um todo, nos
quais a noção de partícula não é considerada. As variáveis: velocidade, fluxo e
densidade, são aplicadas no conjunto e em valores médios, (Silva e Tyler, 2001).
São comumente usadas para gerenciar o tráfego de grandes cidades e possibilita
uma visão ampla das redes de fluxo. Como exemplos incluem: AUTOS, TRANSYT,
VISSUM etc.
28
2.3.2 Verificação e calibração
Para que os modelos de simulação possam ser confiáveis e forneçam
resultados precisos é necessário proceder à verificação, validação e calibração do
modelo (RAKHAET AL,1996; HELLINGA, 1998).
A validação visa determinar se o programa computacional é capaz de
representar o comportamento dos veículos conforme especificados pela lógica
adotada e se os resultados gerados são compatíveis com as observações realizadas
em sistemas reais (RAKHAET 1996; SOLVA E TYLER, 2000).
Outra fase de grande importância para que haja fidelidades nos dados é a
calibração, que de acordo com Hellinga (1998), o processo de calibração
compreende em ajustar os parâmetros como: características da rede, características
comportamentais dos motoristas e as demandas para que a o cenário simulado seja
o mais fiel possível à realidade.
2.3.3 Software Aimsun
Aimsun (Advanced Interactive Microscopic Simulator for Urban and Non-urban
Networks), da Transport Simulation Systems – empresa sediada em Barcelona,
Espanha, é um software com foco na microssimulação, e mesossimulação, com uma
grande riqueza de detalhes, o software simula a demanda de veículos em uma
infraestrutura desenhada pelo usuário e avalia de forma estatística os resultados dos
indicadores como velocidade, fluxo, densidade entre outros.
O Aimsun é capaz de fazer distinção entre os diferentes tipos de veículos e
condutores, permitindo uma gama de traçados e geometria da rede, além de
considerar possíveis incidentes, manobras conflitantes, entre outros (TSS, 2013a).
A abordagem de simulação microscópica do AIMSUN atende ao comportamento de cada veículo na rede, de forma contínua. Assim como a maior parte dos microssimuladores, o AIMSUN realiza suas simulações considerando a modelagem de comportamento do veículo, como o de perseguição (car-following), o de mudança de faixa (change-lane) e o de aceitação de brechas (gap-acceptance) (TSS, 2013b).
29
O modelo de Gipps é um modelo de cálculo que serve como base para o
algoritmo de perseguição presente no Aimsun e, de acordo com TSS (2014), este
modelo utiliza duas componentes principais para determinar a variação da
velocidade dos veículos, um de aceleração e outro de frenagem.
30
3 METODOLOGIA
Inicialmente realizou-se uma revisão bibliográfica para caracterizar os tipos de
rótulas, métodos de análise de tráfego e as etapas utilizadas para coleta de dados e
estudo do tráfego com base no Manual de Estudo de Tráfego – DNIT (2006).
O local de estudo escolhido é um cruzamento da região urbana da cidade de
Santa Maria, nele foram prospectados os dados volumétricos e foi aplicada uma taxa
de crescimento, com base nos dados de crescimento de frota da cidade
disponibilizados pelo DENATRAN, para um período de 10 anos, tempo
correspondente ao horizonte de projeto de um projeto rodoviário.
O uso de um horizonte de projeto de 10 anos é imprescindível para avaliar as
alternativas com um maior fluxo de veículos, mas deve-se ressaltar que não foi
considerado o acréscimo previsto por sentidos distintos de fluxo, e sim apenas o
acréscimo de veículos na rede como um todo, o que pode dar margens a diferenças
na configuração de origem e destino dos usuários, uma vez que o sentido da
Alameda Buenos Aires tem maior tendência a crescer devido a ser uma região com
maior crescimento de hotéis e centros jurídicos.
A malha viária, características das vias e sinalização foram modeladas no
software AIMSUM 8.0 e a demanda da hora de pico foram simuladas em diferentes
cenários:
a) Cenário atual com demanda atual;
b) Cenário atual com demanda futura;
c) Rotatória com demanda atual;
d) Rotatória com demanda futura;
e) Cruzamento semaforizado com demanda atual;
f) Cruzamento semaforizado com demanda futura;
g) Viaduto projetado com demanda atual;
h) Viaduto projetado com demanda futura;
Em todos os cenários foi previsto um tempo de aquecimento para a simulação
(warmup) de 15 minutos para que existam veículos na rede quando a simulação
iniciar, este fator é importante, pois com o passar do tempo, com uma entrada de
carros uniformes, o cruzamento tende a saturar e deve ser avaliado na pior situação
de congestionamento.
31
A calibração do experimento é necessária para correção da malha,
dimensionamento dos veículos e de parâmetros de comportamento a fim de que a
simulação represente o cenário real.
Para a validação do experimento usou-se o cálculo da velocidade média,
velocidade desejável dos usuários obtida em campo e fila média de veículos com
base em observações de campo.
3.1 ESCOLHAS DO LOCAL DO ESTUDO
A interseção entre a Av. Nossa Senhora das Dores, Alameda Buenos Aires,
Rua Euclides da Cunha e Rua Pedro Londero, também conhecida como rótula do
Fórum, apresenta grande congestionamento em horários de pico, alto índice de
crescimento de bairros próximos, e novos empreendimentos de apoio e serviços
relacionados ao Fórum da Comarca de Santa Maria, além de moradias
multifamiliares.
O local é também rota de acesso a grandes pólos geradores de tráfego: dois
shoppings que estão em projeto de ampliação e rota entre a Universidade Federal
de Santa Maria e o centro da cidade de Santa Maria.
Com base nestes dados, o local (Figura 9) foi selecionado para estudo por
uma parceria entre o Instituto de Planejamento de Santa Maria – IPLAN e a
Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, por ser de interesse social e um ponto
crítico no fluxo de veículos da cidade.
Figura 9 – Local da área de estudo
Fonte: Google Earth, (2016)
LOCAL DE ESTUDO
32
Historicamente a rotatória possibilitava a conversão dos veículos e um acesso
secundário à Rua Pedro Londero, após o ano de 2013, de acordo com Marcelo
Rossés, Engenheiro do IPLAN, foi constatado que com base nos dados do PDMU –
Projeto de Mobilidade Urbana de Santa Maria, o índice de carros que faziam esta
conversão era baixa, e que provocava atrasos no fluxo normal dos veículos, e desta
forma a rótula foi sinalizada e alterada para priorizar o fluxo direto na Av. Dores, rota
de acesso da Universidade ao centro da cidade.
Ainda, no ano de 2007 foi realizado um projeto de autoria do Escritório da
Cidade, que propôs a alteração da interseção para uma rótula única com raio de 18
metros e com melhorias de sinalização orçada na época em R$ 53.624,31; o projeto
não foi executado.
Atualmente o local (Figura 10) é caracterizado como uma rotatória modificada,
ou interseção em nível com quatro ramos ou mais, que por sua geometria prioriza a
passagem pela Av. Nossa Senhora das Dores e acessos secundários para a Rua
Euclides da Cunha.
Figura 10 - Interseção da área de estudo
Fonte: Google Earth Pro (2016)
33
3.2 DETERMINAÇÃO DO TRÁFEGO ATUAL
Para o cálculo da demanda é necessário quantificar o volume de tráfego que
usualmente trafega na interseção. A contagem volumétrica é o procedimento
normalmente utilizado na engenharia de tráfego para levantamentos de campo.
As Contagens Volumétricas visam determinar a quantidade, o sentido e a composição do fluxo de veículos que passam por um ou vários pontos selecionados do sistema viário, numa determinada unidade de tempo. Essas informações serão usadas na análise de capacidade, na avaliação das causas de congestionamento e de elevados índices de acidentes, no dimensionamento do pavimento, nos projetos de canalização do tráfego e outras melhorias, (Manual de Trânsito, DNT 2005).
A definição da solução a adotar para uma determinada interseção depende do
volume e características do tráfego que circulará no projeto. E estes dados devem
ser expressos em Volumes Médios Diários (VMD) e os Volumes Horários de Projeto
(VHP) a fim de representar as diversas correntes de fluxos de veículos.
Ainda, segundo o DNIT, o ano de projeto é geralmente considerado como o
décimo ano após a conclusão das obras programadas.
As contagens volumétricas, de acordo com o DNIT, devem ser
preferencialmente feitas por 8 horas, incluindo o horário de pico, mas em casos onde
há falta de recursos, as contagens deverão ser executadas pelo menos três dias,
incluindo o provável pico horário semanal e adotando uma contagem classificatória
de acordo comas classes: carros de passeio, ônibus, veículos de carga e divididas
em intervalos de 15 minutos, para determinar as variações dentro da própria hora de
pico.
A definição dos dias da contagem deve ser representativa e para isso devem-
se observar as variações horárias, semanais e anuais do fluxo de tráfego local. Com
base nos estudos do Departamento de transportes da Universidade de Minnesota,
observou-se que para vias locais, na quarta - feira, que representa um dia normal de
trabalho, as horas de pico se concentravam na ida e volta do trabalho, nas
vizinhanças das 9 e 18 horas, situação semelhante à que ocorre no local de estudo
visto que o maior congestionamento é nos horários de início e fim de horário
comercial.
34
Como o volume de veículos que passa por uma seção não é uniforme, o
“Fator Horário de Pico” (FHP), que mede exatamente esta flutuação e mostra o grau
de uniformidade do fluxo, é expresso pela Equação2.
𝐹𝐻𝑃 = 𝑉ℎ𝑝
4𝑉15𝑚𝑎𝑥
Onde:
FHP = fator horário de pico
Vhp= volume da hora de pico
V15max = volume do período de quinze minutos com maior fluxo de tráfego
dentro da hora de pico
No que confere a variação semanal, no mesmo estudo da Universidade de
Mionnesota, observou-se na Figura 11, que normalmente os fluxos de tráfego de
terça, quarta e quinta-feira são aproximadamente iguais, enquanto o de segunda-
feira é ligeiramente inferior à sua média e o de sexta-feira ligeiramente superior, com
base neste estudo e por observações em campo, foram escolhidos os dias de
quarta-feira, quinta-feira e sexta-feira para estudo volumétrico do tráfego.
Figura 11 – Exemplo de variação de tráfego diário
Fonte: DNIT (2006)
(2)
35
A variação mensal decorre do tipo de via e das atividades a que ela serve, a
interseção em específica estudada tem maior variação devido ao tráfego de veículos
da Universidade Federal de Santa Maria e do Fórum, constatada esta informação,
as contagens volumétricas foram realizadas num mês típico de período de aulas e
serviço.
Com base nestes dados, em dados disponíveis no Plano Diretor de
Mobilidade Urbana e a fim de atender as necessidades do estudo do IPLAN,
definiram-se os seguintes horários para contagens, os quais contemplam os horários
de picos (Tabela 1).
Tabela1 – Horários de coletas dos dados
Dias Horários
Quarta - Feira 7:00 - 8:30
Quinta - Feira 12:00 - 13:30
Sexta - Feira 17:00 - 18:30
Fonte: autor(2016)
Para a coleta de dados a campo, foi utilizada a ficha de transcrição dos dados
fornecida pelo DNIT. Cada pesquisador ficou posicionado na interseção e na origem
do fluxo, esquematizados de acordo com a Figura 12, contando os veículos em
divisões temporais de 15 minutos.
Como a contagem foi realizada de forma amostral, para o cálculo do VDM
atual, utilizaram-se as contagens automáticas por 24 horas por meio de laços
magnéticos instalados em pontos da cidade, de pesquisas realizadas para o PDMU
da cidade.
A partir desses dados, obteve-se o perfil de demanda diário e semanal, e com
base da porcentagem de VDM que os horários de picos representavam das
contagens automáticas pode-se extrapolar e obter o VDM dos dias de contagens
realizados.
36
Figura 12 – Sentido dos fluxos do cenário atual no local de estudo
Fonte: Autor (2016)
Devido ao grande fluxo de veículos, utilizou-se o aplicativo Multicounter em
alguns fluxos, que possibilitou transformar o smartphone em um contador, facilitando
o processo de contagem volumétrico.
3.3 CÁLCULO DA DEMANDA FUTURA
Para o cálculo da previsão da demanda futura, foram consultados dados da
frota de veículos do município de Santa Maria, disponíveis no site do Departamento
Nacional de Trânsito (DENATRAN, 2016), referentes ao mês de julho dos anos de
2006 a 2016, distinguindo-os pelo tipo de veículo: carro, motos, caminhões e ônibus.
A partir destes dados buscou-se a curva de progressão que mais se ajusta ao
crescimento de cada tipo de veículo da frota.
37
Para projetos de mobilidade, em alguns casos, utiliza-se a média de
crescimento dos últimos 10 anos da frota, e estes dados foram comparados com a
curva de crescimento, adotando-se o valor de crescimento superior entre os dois
métodos.
3.4 PROGRAMA AIMSUM
Para modelar a infraestrutura da interseção no simulador foi utilizada uma
imagem de satélite georeferenciada do local, e utilizando também recursos do
Google Street View,identificaram-se as larguras das vias, rótulas e sinalização
semafórica. O software AIMSUN foi disponibilizado pelo IPLAN, que forneceu todo
suporte técnico para o desenvolvimento deste trabalho.
A modelagem da malha viária é realizada com a criação de segmentos e nós.
Segmentos são representados por faixas de rolagem que contam dois nós e que
servem de caminho para que os veículos se desloquem, os nós são os elementos
discretos que interligam as seções e conformam a malha.
3.5 MODELAGEM NO PROGRAMA AIMSUN
A modelagem dos diferentes cenários consiste na representação das vias,
semáforos, elementos de sinalização e posteriormente a inserção dos dados da
demanda de tráfego na região analisada, a fim de representar virtualmente as
circunstâncias reais ou propostas de tráfego utilizando um software computacional.
3.5.1. Cenário 1: Situação Atual
A construção da infraestrutura do cenário atual foi desenhada de acordo com
o item 3.4. Foi observada a sinalização viária: “dê preferência” e “pare” em cada
mudança de sentido. A Alameda Buenos Aires foi desenhada com acostamento e
assim como as demais vias com suas larguras reais, representadas na Figura 13.
38
Figura 13- Representação do cenário atual
Fonte: Aimsun (2016)
O cenário atual (Figura 14) foi desenhado conforme medidas disponíveis no
sistema de aerofotogrametria do IPLAN, e o tempo semafórico foram adotados
conforme o tempo medido para cada fluxo.
Os cruzamentos em todos cenários foram definidos como “yellow box”, região
onde os carros não podem parar, essa definição foi fundamental para que a
simulação representasse a situação atual.
As paradas de ônibus em todos cenários foram mantidos na mesma
localização.
39
Figura14- Modelagem do cenário atual
Fonte: Aimsun(2016)
3.5.2 Cenário 2: Rotatória
A rótula única foi desenhada de acordo com o projeto disponível no acervo do
IPLAN, e suas medidas estão de acordo com as prescrições do DNIT com raio de 18
metros representado na Figura 15.
Figura15- Modelagem da rótula
Fonte: Aimsun (2017)
40
3.5.3Cenário 3: Cruzamento Semaforizado
Para a idealização deste cenário (Figura 16) foi necessário restringir as
conversões à esquerda e criar vias de acesso para as conversões à direita, a
sinalização foi realizada a fim de priorizar os veículos que se mantiveram no mesmo
sentido do fluxo, o tempo de semáforo (Figura 17) foi adotado um ciclo de 60
segundos dos quais 36 segundos de verde serão para os sentidos A e D: centro –
Bairro Camobi, e 24 segundos para os sentidos C e E: Rua Euclides da Cunha para
Alameda Buenos Aires. Adotou-se um tempo de 4 segundos para o sinal amarelo e
um atraso em relação ao semáforo à frente do Shopping Royal de 10 segundos a fim
de criar uma onda verde para melhorar o fluxo de veículos.
O cálculo do ciclo semafórico não foi realizado, uma vez que o tempo foi
inicialmente adotado o mesmo valor fixo do semáforo mais próximo e ajustado de
forma interativa até que as simulações apresentaram o menor número de filas de
veículos aguardando o sinal verde em ambos os sentidos.
Ainda, o semáforo que arbitra o tempo de passagem no sentido A (Camobi –
Centro) tem 15 segundos adiantados para formar uma onda verde com o semáforo
do cruzamento mais próximo ao local de estudo. De forma geral o cruzamento
semaforizado é uma modificação de menor custo no cruzamento, mas que
acarretaria em maiores gastos indiretos na qualificação de vias aos seus entorno
para a os veículos pudessem fazer a conversão à esquerda que seria restringida
neste cruzamento.
Figura 16-Modelagem do cruzamento semaforizado
Fonte: Amsun (2016)
41
Figura17- Tempo semafórico
Fonte: Aimsun (2016)
3.5.3- Cenário 4: Viaduto com Rotatória:
Este cenário (Figura 18) foi construído com base nas dimensões do projeto do
viaduto que faz parte do planejamento da Linha Troncal Leste – Oeste para futura
projeção do BRT, projetado pelo Instituto de Planejamento de Santa Maria – IPLAN,
o projeto prevê uma faixa exclusiva para ônibus e uma rotatória em nível com uma
única faixa para possibilitar as conversões.
Figura18- Modelagem do viaduto com rótula
Fonte: Aimsum (2016)
42
A inserção da demanda foi definida para cada movimento de acordo com a
possibilidade de conversão de cada nó, o que mostra a Figura 19.
Figura 19- Definição dos Movimentos
Fonte: autor (2017)
A demanda, como dado de entrada, foi inserida em veículos/hora da origem
de cada fluxo e a porcentagem de veículos que efetuam cada conversão de acordo
com a Figura 20.
Figura 20- Dados de entrada da demanda atual
Fonte: Aimsun (2017)
43
3.6 CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO CENÁRIO ATUAL
Estas duas etapas são fundamentais para que o modelo se torne
representativo às condições reais de tráfego.
Existe uma grande variedade de variáveis a serem calibradas.Para este
trabalho foram selecionadas as variáveis que apresentavam maior influência para o
cenário projetado e podem-se dividir as principais em dois grupos:
a) Variáveis globais influenciam todos os veículos que estão na rede, e as
principais variáveis calibradas são:
a. Tempo de reação;
b. Velocidade de saída da fila de espera – comportamento na “yellowbox”;
c. Parâmetros de mudança de faixa – velocidade de ultrapassagem,
percentual e condição das ultrapassagens;
d. Parâmetros do modelo – número de veículos, distância, velocidades e
dimensões da rede e dos veículos.
b) As variáveis da seção influenciam os veículos enquanto circulam em um
determinado segmento, as principais variáveis calibradas neste trabalho são:
a. Comportamento nos sinais verticais de trânsito;
b. Tempo de espera nos sinais de “pare” e “dê a preferência”;
c. Velocidade média, máxima, desejável e permitida na seção;
d. Aceleração e desaceleração dos veículos;
Para a validação do modelo, selecionaram-se os parâmetros: velocidade
média e fila de carros em determinados pontos para verificar se o modelo está
representando o fluxo real de veículos.
A velocidade média desejável obteve-se a partir do tempo que os veículos
observados levaram para percorrer uma distância de 20 e 25 metros pré-
estabelecida em condições de fluxo livre ou baixo fluxo de veículos.
Após a inserção dos dados de entrada, da velocidade média desejada,
adotaram-se os parâmetros e desvios padrão: aceleração média, tempo de espera
em “dê a preferência” tempo de espera no “pare” e os demais, de acordo com os
pré-definidos pelo software e a partir destes dados o cenário atual com demanda
atual foi simulado, observando o comportamento dos carros, da densidade e
formação de filas em cada seção, os dados iniciais foram alterados, e de forma
44
interativa foram convergindo para dados que, quando simulados, representassem o
cenário atual.
Essa etapa do trabalho é a que mais demandou tempo devido à grande
quantidade de variáveis a serem definidas, a precisão do trabalho e otimização da
rede é diretamente proporcional à qualidade de calibração do experimento.
A validação dos dados foi dada quando as simulações representavam uma
formação de filas e velocidade média do trecho muito próxima às que acontecem no
horário de pico no local estudado.
3.7 EMISSÃO DE POLUENTES
O simulador de tráfego AIMSUM possui o modelo de Panis et al com temática
ambiental, que apresenta dados relativos aos poluentes CO2, NOx, COV
(Compostos Orgânicos Voláteis) e Materiais Particulados.
O modelo Panis et. al. é um modelo de emissão desenvolvido em 2006, para
utilização integrada a modelos de simulação de tráfego. Baseado em medidas reais
coletadas em veículos com instrumentos de verificação de emissão, em condições
de tráfego reais (PANIS et al, 2006).
De acordo com Dias (2014) as funções das emissões de cada veículo são
derivadas da coleta da velocidade e aceleração instantânea como parâmetros,
utilizando técnicas de regressão não-linear múltipla, apresentada na Equação (3).
O limite mínimo de emissão é indicado por E (em g/s), específico para cada
veículo e tipo de poluente, f1 a f6 são as emissões constantes específicas de cada
veículo e tipo de poluente determinada pela análise da regressão conforme Equação
a seguir:
𝐸𝑛(𝑡) = max[ 𝐸0, 𝑓1 + 𝑓2𝑣𝑛(𝑡) + 𝑓3𝑣𝑛(𝑡)2 + 𝑓4𝑎𝑛(𝑡) + 𝑓5𝑎𝑛 (𝑡)2 + 𝑓6𝑣𝑛(𝑡) (3)
Os compostos analisados no modelo são o NOx, COV (compostos orgânicos
voláteis), CO2 e Materiais Particulados.
Segundo Panis et al (2006), para a obtenção desses valores os experimentos
foram realizados em pico matinal de tráfego em área urbana, em baixas velocidades,
45
não tendo sido validado para altas velocidades em fluxo livre. Os dados coletados e
estimados através da modelagem foram confrontados com as normas EURO 2.
Para o poluente Dióxido de Carbono e Compostos Orgânicos Voláteis, em
veículos leves apenas, foram calculados fatores (f1 a f6) diferentes para diferentes
acelerações, devido a terem sido observados índices de emissões claramente
distintos para aceleração e desaceleração, sendo então influenciados diretamente
pelo ciclo de condução imposto pelo condutor, contudo, para os quatro poluentes
estimados em veículos pesados a diesel não foram observados níveis claramente
distintos de emissões, tendo sido considerado fatores fixos para a função no que diz
respeito a veículos de carga, apresentados na Tabela 2.
Tabela2 – Valores dos fatores para veículos de carga a diesel
Poluente E0 f1 f2 f3 f4 f5 f6
CO2 0 1,52E+00 1,88E+00 -6,95E-02 4,71E+00 5,88E+00 2,09E+00
Nox 0 3,56E-02 9,71E+03 -2,40E-04 3,62E-02 1,33E+02 1,15E+02
Compostos orgânicos voláteis
0 1,04E-03 4,87E-04 -1,49E-05 1,27E-03 2,10E-04 1,00E-04
Material Particulado
0 2,14E-04 3,35E-04 -2,22E-04 2,07E-03 1,80E-03 2,27E-04
Fonte: Panis et al, (2006)
Ainda, segundo Dias (2014) pode-se inferir do modelo, para veículos de
carga, quanto maior a aceleração do veículo n em um instante t, os níveis de
emissão serão diretamente elevados, todavia com o aumento da velocidade a uma
aceleração constante, os níveis de emissão podem diminuir, por causa do fator f3
negativo que multiplica o quadrado da velocidade.
46
3.8 ESTIMATIVA DE CUSTOS
A estimativa de custos e disponibilidade de recursos são pontos essenciais na
tomada de decisões, e para isto este trabalho apresenta uma breve estimativa de
custo comparando os valores das modificações do cruzamento com outros projetos.
O orçamento da construção da rotatória foi atualizado com base dos dados
obtidos do orçamento do projeto original, orçado em 2008 (Tabela 3).
Tabela 3 – Orçamento da rotatória como alternativa para o cruzamento
Fonte: Adaptado IPLAN, 2008
A fim de representar os gastos atuais da rotatória os dados da Tabela 3 foram
atualizados com base no aumento que o Custo Unitário Básico (CUB) teve entre os
anos de 2008 e 2016 (Tabela 4).
47
Tabela 4 – CUB do Rio Grande do Sul
CUB - Custo Uninário Básico
Data Pardrão Valor
jun/08 Normal R-8 R$ 799,08
jun/16 Normal R-8 R$1.336,26
Fonte: Siduscon (2016)
Da mesma forma, a estimativa de custos para um cruzamento semaforizado
foi realizada, calculando a área de pavimentação a serem construídos, para os
acessos e demais serviços necessários para a modificação viária (Tabela 5)
Tabela 5 – Orçamento de semáforos como alternativa para o cruzamento
Fonte: adaptado IPLAN (2016)
Material M. Obra Unitário Total
1
Escavamento, carga,
transporte, descarga de
mat. 1 cat 128,10 m³ 6,03 4,02 10,04 1.286,64
2 Base de rachão 256,20 m³ 58,58 25,89 84,47 21.640,39
3 Base de Brita Graduada 192,15 m³ 84,94 46,38 131,32 25.232,60
4 Imprimação 1281,00 m² 5,12 0,78 5,90 7.553,80
5
Revestimento com CBUQ
(5,00cm) 64,05 m³ 620,91 194,08 814,99 52.200,08
6
Fornecimento e
assentamento de meio-fios
(1,00 x 0,30 x 0,15 x
0,12m) 427,00 m 21,66 7,42 29,08 12.416,73
7
Remoção e
reassentamento de meio-
fios (1,00 x 0,30 x 0,15 x
0,12m) 427,00 m 2,17 9,98 12,15 5.188,05
8
Fornecimento e colocação
de equipamentos de
semaforização 2,00 conj 50.220,00 15,31 51,95 100.470,62
9
Fornecimento e colocação
de placas de sinalização
(diam 0,8) 14,00 um 529,74 57,51 587,25 8.221,50
10
Fornecimento e colocação
de sinalização horizontal 1281,00 m² 5,12 0,78 5,90 7.553,80
11 241.764,22R$ BDI utilizado 30% - TOTAL em 2008
Cruzamento Semaforizado
ítem Discriminação Quant. UnidadePreço
48
Para obter-se uma estimativa de custos do viaduto com rotatória, fez-se uma
comparação com o orçamento obtido de um viaduto construído próximo ao local,
devido à sua proximidade à técnica aplicada e à concepção viária, desta forma,
comparou-se a área de intervenção dos dois locais.
Os valores foram atualizados, nas Tabelas 3 e 5, conforme o aumento do
valor do CUB regional, embora não sendo um orçamento fiel, atualizando os valores
pode-se estimar qual seria o custo atual da implantação da rótula no cruzamento.
Os valores orçados para o cruzamento com semáforos, são valores
disponibilizados pela Secretaria de Mobilidade de Santa Maria, que de forma
simplificada apresentam os custos da adequação das vias e implantação dos
semáforos.
Para a estimativa do custo do viaduto, optou-se por um comparativo em
relação a um viaduto construído próximo ao local de estudo. Com este valor,
disponibilizado pelo IPLAN, calculou-se o custo por área construída, e após medida
a área de construção do novo viaduto, pode-se de forma simplificada, estimar qual
seria o custo do novo viaduto no local, deve-se pontuar que é uma estimativa, pois o
orçamento de um viaduto depende dentre outras variáveis do projeto básico, projeto
estrutural, arquitetônico, de fundações entre outras variáveis.
Tabela 6 – Previsão de custos do viaduto como alternativa para o cruzamento
Viaduto
Área (m²) 20.446,32
Custo (m²) 3.033.825,29
Fonte: Secretaria de Mobilidade Urbana de Santa Maria (2016)
Com base nestes dados, este trabalho buscou comparar a estimativa de
custos dos diferentes cenários e os resultados são dispostos no item 4..
49
4- RESULTADOS
As contagens de fluxo foram realizadas na quarta-feira, quinta-feira e sexta-
feira, na interseção da rótula do fórum, a planilha com o contador é demonstrada na
Figura 21, e necessitaram de cinco pesquisadores, onde, simultaneamente, cada um
contou uma origem de fluxo de veículos, distinguindo-os entre: carro, caminhão e
ônibus, de acordo com a planilha disponibilizada no Manual do DNIT (2006).
Figura 21 – Planilha de contagem de fluxos com auxílio do aplicativo
Fonte: autor (2017)
Demonstrado na Tabela 7, o resultado das contagens de fluxos do sentido A,
como exemplo, no qual o sentido era foi dividido em A1, A2 e A3, de acordo com os
movimentos de conversão dos veículos, esquematizados na Figura 22.
Figura 22 – Sentido dos fluxos do cenário atual no local de estudo
Fonte: autor (2016)
50
Tabela 7 – Contagens volumétricas de fluxo do sentido A
Fonte: autor (2017)
As demais Tabelas são apresentadas nos apêndices. Durante os dias de
contagens não houve incidentes e o tempo era ensolarado conforme Figura 23.
Figura 23 – Local da interseção no horário da contagem
Fonte: autor(2017)
51
Optou-se por realizar a média de fluxo horária dos três dias, a fim de corrigir
possíveis picos causados por eventos não previstos.
Para a definição do horário de pico a ser simulada, convencionou, da mesma
forma que foi realizado no PDMU, um valor de equivalência entre os veículos com
base no espaço que estes ocupam nas vias conforme Tabela 8.
Tabela 8- Fator de equivalência de veículos
Fatores de equivalência
Carro 1
Ônibus 2
Caminhão 2
Fonte: PDMU (2011)
Através da Equação de Fator Hora Pico e da quantidade de veículos
corrigidos com o fator de equivalência, obtiveram-se os seguintes valores para o
caso do sentido A, sentido adotado como principal por apresentar o maior VDM.
(Tabela 9).
Tabela 9- Cálculo para horário de pico
Fonte: autor(2011)
52
Definido o horário de pico para as demais seção, Tabelas nos apêndices do F
ao J, selecionou-se o período das 18:15 - 18:30 pois foi o intervalo de tempo em que
contabilizou-se o maior número de veículos que passaram pela interseção; por
consequência, foi observado maior congestionamento e de acordo com a Tabela 9
apresentou um FHP mais próximo a 1 o que indica um tráfego com pouca variação
durante a hora a ser simulada.
O cálculo de porcentagem de conversões (Tabela 10) foi realizado com base
na relação de veículos equivalente que realizaram uma dada conversão em relação
ao total de veículos equivalentes de um dado fluxo de veículos (Equação 4):
Por exemplo:
𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠õ𝑒𝑠(%) = 𝑉𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠𝐸𝑞𝑢í𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐴1.
𝑉𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑖𝑙𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝐴∗ 100
O que no caso do sentido A, resultou em:
Tabela10 - Resultado de Conversões do Fluxo “A”
Fonte: autor (2011)
A variação do fluxo ao longo do dia pode ser analisada através da Figura 24:
Figura 24 - Fluxo de veículos no sentido A1
Fonte: autor (2017)
0100200300400500
7:0
0 -
7:1
5
7:1
5 -
7:3
0
7:3
0 -
7:4
5
7:4
5 -
8:0
0
8:0
0 -
8:1
5
8:1
5 -
8:3
0
12
:00
- 1
2:1
5
12
:15
- 1
2:3
0
12
:30
- 1
2:4
5
12
:45
- 1
3:0
0
13
:00
- 1
3:1
5
13
:15
- 1
3:3
0
17
:00
- 1
7:1
5
17
:15
- 1
7:3
0
17
:30
- 1
7:4
5
17
:45
- 1
8:0
0
18
:00
- 1
8:1
5
18
:15
- 1
8:3
0
A3
A2
A1
(4)
53
A fim de se obter um fluxo majorado, o valor de fluxo horário da demanda de
entrada para a microssimulação foi de acordo com a Equação 5:
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑃𝑖𝑐𝑜 = 4 ∗ 𝑉15𝑚á𝑥
Onde a variável V15máx representa o valor de maior fluxo obtido em 15
minutos. Como resultado das contagens e majoração hora pico obteve-se os
seguintes valores, os quais serão utilizados como dados de entrada da demanda
atual de tráfego nas simulações (Tabela 11).
Tabela 11- Resumo da demanda atual de tráfego e conversões
Fonte: Autor (2011)
A demanda futura, para um horizonte de projeto de 10 anos, foi estimada com
base nos dados de DENATRAN (2016), onde foi calculado o crescimento através de
linha de tendência linear e através da média do crescimento dos últimos 10 anos,
este segundo cálculo resultou em um valor maior de frota, e por ser a situação mais
(5)
54
crítica esses resultados foram inseridos para representar a demanda futura (Tabela
12).
Tabela 12- Crescimento da frota de veículos em Santa Maria
Fonte: Adaptado DENATRAN (2016)
Representando o crescimento da frota através das Figuras 25 à 29, pode-se
observar que o crescimento da frota total de veículos pode ser aproximada por uma
função linear com um R² de 0,997 o que demonstra uma boa aproximação e um
crescimento estimado de 6%, o que condiz com o crescimento de frota no país que é
de aproximadamente 6% também.
Observa-se também uma maior variação no crescimento da frota de ônibus e
um crescimento médio de apenas 2% ao ano enquanto a frota de ônibus no Brasil
cresceu aproximadamente 5% ao ano, o que demonstra que os investimentos em
crescimento da frota foram muito aquém da necessidade.
55
Figura 25- Crescimento da frota total em Santa Maria
Fonte: Autor (2017)
Figura 26- Crescimento da frota total de automóveis em Santa Maria
Fonte: Autor (2017)
y = 7432.8x + 72556R² = 0.9979
60,000
80,000
100,000
120,000
140,000
160,000
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
Ve
ícu
los
Ano
Frota Total
Veículos
Linear (Veículos)
y = 50166e0.0587x
R² = 0.9958
4,400
24,400
44,400
64,400
84,400
104,400
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
Ve
ícu
los
Ano
Frota Automóveis
AUTOMOVEL
Expon.(AUTOMOVEL)
56
Figura 27- Crescimento da frota de caminhões em Santa Maria
Fonte: Autor (2017)
Figura 28- Crescimento da frota de motocicleta em Santa Maria
Fonte: Autor (2017)
y = 139.91x + 2290R² = 0.9793
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
Ve
ícu
los
Ano
Frota Caminhão
CAMINHAO
Linear(CAMINHAO)
y = 1323.7x + 11624R² = 0.966
10,000
12,000
14,000
16,000
18,000
20,000
22,000
24,000
26,000
28,000
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
Ve
ícu
los
Ano
Frota Motocicletas
MOTOCICLETA
Linear(MOTOCICLETA)
57
Figura 29- Crescimento da frota de ônibus em Santa Maria
Fonte: Autor (2017)
Resultando em uma taxa de crescimento anual de 5% para os automóveis,
4% aos carros e 2% aos ônibus aplicou-se essa taxa de crescimento para a
demanda atual dos respectivos veículos a fim de estimar a demanda futura de
veículos no município. Este cálculo foi desenvolvido com projeção linear de acordo
com o Manual de Tráfego do DNIT, pela seguinte Equação:
𝑉𝑛 = 𝑉𝑜. (1 + 𝑛. 𝑎)
Onde:
Vn= representa volume da frota no ano “n”;
Vo= volume da frota no ano base;
n= número de anos;
a= taxa de crescimento;
O que resulta em uma demanda futura (Tabela 13) de valores expressivos
quando observados para o ano de 2027:
y = 22.218x + 810.05R² = 0.9293
800
850
900
950
1,000
1,050
1,100V
eíc
ulo
s
Ano
Frota Ônibus
ONIBUS
Linear (ONIBUS)
(6)
58
Tabela13- Resumo da demanda futura de tráfego e conversões
Fonte: Autor (2011)
Com o objetivo de comparar o aumento de tráfego individualizado por fluxo da
demanda atual com a demanda de tráfego contabilizada em 2011 relatada no PDMU
é necessário obter o VDM atual.
A contagem de 24 horas para composição do VDM é uma contagem onerosa
e para sua obtenção indireta extrapolou-se a contagem efetuada durante o PDMU.
A extrapolação foi obtida a partir da distribuição horária, representada em
percentual de VDM. A contagem atual foi contabilizada apenas nos horários de pico,
mas os demais horários foram calculados a partir do percentual de distribuição do
PDMU.
O perfil de distribuição para extrapolação foi obtido a partir de contagens 24
horas de forma automática com laços magnéticos que contabilizavam cada
59
passagem de eixo na via, os locais dos laços magnéticos foram posicionados
estrategicamente em 6 pontos diferentes da cidade.
Foi extrapolado cada fluxo do local estudado a partir de um perfil de
distribuição de tráfego posicionado em um local com características similares às do
local de estudo e desta forma obteve-se o VDM atual de cada fluxo.
Ou seja, de posse do percentual diário de carros que transitava no horário de
pico na via em 2011, comparou-se com o percentual diário atual de carros que
transitavam na mesma hora e dessa forma extrapolou-se os demais horários de
contagens e obteve-se assim o VDM de cada sentido.
A Figura 30 mostra a distribuição espacial dos 6 pontos de contagens
automáticas.
Figura 30- Localização dos pontos de contagens automáticas
Fonte: PDMU (2011)
60
Para representar o VDM do sentido D, utilizaram-se os dados do ponto CV-01
da Avenida Governador Walter Jobim com sentido centro - BR158, por apresentar
características semelhantes de origem-destino com o fluxo do sentido D, que de
acordo com o PDMU (2011) apresenta as seguintes características:
Este ponto registra um comportamento típico de "commuter". Um pico de
entrada da manhã, um pico de saída de tarde e um pico menor no almoço.
Registra-se um fluxo do tráfego de 26.114 veículos ao dia (13.265 de entrada
e 12.849 de saída).
Na sexta-feira o tráfego se incrementa ao redor de 12-16%, enquanto que no
sábado o incremento é de 4-5%. No domingo o tráfego se reduz um 38%.
Para a extrapolação dos dados e cálculo do VDM no sentido A utilizou-se o
mesmo posto, mas com sentido BR158 – Centro. Este posto possuía a distribuição
semanal de acordo com a Figura 31.
Figura 31- Perfil semanal da contagem automática do posto CV 01
Fonte: PDMU (2011)
Ainda, a distribuição volumétrica pode ser expressa por fluxos de acordo com
a Figura 32.
-
200
400
600
800
1,000
1,200
00:0
0
06:0
0
seg
-
26
nov -
12:0
0
18:0
0
00:0
0
06:0
0
ter
- 27 n
ov -
12:0
0
18:0
0
00:0
0
06:0
0
qua -
28 n
ov -
12:0
0
18:0
0
00:0
0
06:0
0
qui -
29 n
ov -
12:0
0
18:0
0
00:0
0
06:0
0
sex -
30 n
ov -
12:0
0
18:0
0
00:0
0
06:0
0
sáb
- 0
1 d
ez -
12:0
0
18:0
0
00:0
0
06:0
0
dom
- 0
2 d
ez -
12:0
0
18:0
0Eix
os
/ 2
Contagem Volumétrica - Perfil Semanal
61
Figura 33 - Perfil diário da contagem automática do posto CV 01
Fonte: PDMU (2011)
A extrapolação dos dados das contagens para o perfil conhecido do posto A
obteve-se, como exemplo, os valores na Tabela14 e Figuras 33 e 34.
Tabela 14-Extrapolação dos dados do perfil diário da contagem automática do posto CV 01 para o sentido A
(continua)
-
200
400
600
800
1,000
1,200
00:0
0 -
1:0
0
1:0
0 -
2:0
0
2:0
0 -
3:0
0
3:0
0 -
4:0
0
4:0
0 -
5:0
0
5:0
0 -
6:0
0
6:0
0 -
7:0
0
7:0
0 -
8:0
0
8:0
0 -
9:0
0
9:0
0 -
10:0
0
10:0
0 -
11:0
0
11:0
0 -
12:0
0
12:0
0 -
13:0
0
13:0
0 -
14:0
0
14:0
0 -
15:0
0
15:0
0 -
16:0
0
16:0
0 -
17:0
0
17:0
0 -
18:0
0
18:0
0 -
19:0
0
19:0
0 -
20:0
0
20:0
0 -
21:0
0
21:0
0 -
22:0
0
22:0
0 -
23:0
0
23:0
0 -
24:0
0
Eix
os
/ 2
Contagem Volumétrica - Perfil Semanalseg ter qua qui sex sáb dom
62
Tabela 10-Extrapolação dos dados do perfil diário da contagem automática do posto CV 01 para o sentido A
(conclusão)
Fonte: adaptado PDMU (2011)
Figura 33- Extrapolação dos dados do sentido A
Fonte: autor (2017)
Figura 34- Extrapolação dos dados do sentido D
Fonte: autor (2017)
-
500
1,000
1,500
Distribuição Posto A
-
500
1,000
1,500
Média Posto D
63
Enquanto os demais sentidos do local estudado: B, C e E, foram extrapolados
a partir do ponto CV-04 (Figuras 35 e 36) Rua Serafim Valandro (direção norte) que
apresentava as seguintes características:
Na Rua Duque de Caxias o fluxo do tráfego é de 13.373 veículos ao dia. Na
sexta-feira o tráfego se incrementa um 14% e no sábado e no domingo se reduz um
14 e 52%.
Na Rua Serafim Valandro o fluxo do tráfego é de 24.903 veículos ao dia. Na
sexta-feira o tráfego se incrementa um 11% e no sábado e no domingo se reduz um
20 e 54%.
O tráfego registrado na Serafim Valandro (2 faixas um sentido) é similar
quanto as características ao registrado na Faixa Nova (CV05 – duas faixas dois
sentidos).
Figura 35 - Perfil semanal da contagem automática do posto CV 04
Fonte: PDMU (2011)
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
00:0
0
06:0
0
seg
-
26
nov…
18:0
0
00:0
0
06:0
0
ter
- 27 n
ov -
…
18:0
0
00:0
0
06:0
0
qua -
28 n
ov…
18:0
0
00:0
0
06:0
0
qui -
29 n
ov -
…
18:0
0
00:0
0
06:0
0
sex -
30 n
ov…
18:0
0
00:0
0
06:0
0
sáb
- 0
1 d
ez…
18:0
0
00:0
0
06:0
0
dom
- 0
2 d
ez…
18:0
0
Eix
os
/ 2
Contagem Volumétrica - Perfil Semanal
64
Figura 36- Perfil diário da contagem automática do posto CV 04
Fonte: PDMU (2011)
O resultado da extrapolação do sentido B, C e E podem ser expressos pelos
seguintes valores de acordo com a Figura 37.
Figura 37- Extrapolação dos dados postos B, C e E
Fonte: Autor (2017)
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
00:0
0 -
1:0
0
1:0
0 -
2:0
0
2:0
0 -
3:0
0
3:0
0 -
4:0
0
4:0
0 -
5:0
0
5:0
0 -
6:0
0
6:0
0 -
7:0
0
7:0
0 -
8:0
0
8:0
0 -
9:0
0
9:0
0 -
10:0
0
10:0
0 -
11:0
0
11:0
0 -
12:0
0
12:0
0 -
13:0
0
13:0
0 -
14:0
0
14:0
0 -
15:0
0
15:0
0 -
16:0
0
16:0
0 -
17:0
0
17:0
0 -
18:0
0
18:0
0 -
19:0
0
19:0
0 -
20:0
0
20:0
0 -
21:0
0
21:0
0 -
22:0
0
22:0
0 -
23:0
0
23:0
0 -
24:0
0
Eix
os
/ 2
Contagem Volumétrica - Perfil Semanal
seg ter qua qui sex sáb dom
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
00
:00
- 1
:00
1:0
0 -
2:0
0
2:0
0 -
3:0
0
3:0
0 -
4:0
0
4:0
0 -
5:0
0
5:0
0 -
6:0
0
6:0
0 -
7:0
0
7:0
0 -
8:0
0
8:0
0 -
9:0
0
9:0
0 -
10
:00
10
:00
- 1
1:0
0
11
:00
- 1
2:0
0
12
:00
- 1
3:0
0
13
:00
- 1
4:0
0
14
:00
- 1
5:0
0
15
:00
- 1
6:0
0
16
:00
- 1
7:0
0
17
:00
- 1
8:0
0
18
:00
- 1
9:0
0
19
:00
- 2
0:0
0
20
:00
- 2
1:0
0
21
:00
- 2
2:0
0
22
:00
- 2
3:0
0
23
:00
- 2
4:0
0
CONTAGEM AUTOMÁTICA VOLUMÉTRICA Posto B Posto C Posto E
65
Desta forma obtiveram-se os VDM individualizados por fluxo de acordo com a
Tabela15.
Tabela 15 - VDM dos sentidos de fluxos analisados
Fonte: Autor (2017)
Os VDM obtidos no PDMU (2011) podem ser observados no esquema de
fluxos obtidos do software VISSUM (Figura 38).
Figura 38 - Esquema de fluxos – Software Visum
Fonte: PDMU (2011)
66
Quando comparados os dados de 2011 com os atuais de 2017, observa-se a
variação de crescimento em cada sentido (Tabela16).
Tabela 16 - Tabela de crescimento do fluxo de veículos por sentido
Fonte: Autor (2016)
Lembrando que a nomenclatura dos sentidos da Tabela16segue a mesma
nomenclatura inicial do cruzamento, percebe-se que os sentidos de maior
crescimento foram: o sentido E (Alameda Buenos Aires – Centro) e sentido A (UFSM
– centro), o que demonstra que a universidade tem gerado maior número de
deslocamentos devido ao seu crescente campus, assim como o sentido E
demonstra que e a região que abrange o fórum e demais dependências jurídicas
necessita de maior planejamento devido ao seu elevado crescimento de 21% ao
ano. Esses dados são essenciais no planejamento da sinalização e preferência de
cada fluxo.
Obtido os dados de demanda atual e futura, realizaram-se as simulações para
cada cenário, o cenário atual com demanda atual deve representar a situação atual
de tráfego no horário de pico analisado, conforme Figura 39.
O cenário atual é caracterizado com formação de filas médias observada em
campo no horário de pico e no sentido C (Avenida Euclides da Cunha) de 8 veículos
e no sentido E (Alameda Buenos Aires – Centro) de 3 veículos, o fluxo no sentido B
tem um fluxo muito baixo e possui uma pavimentação de paralelepípedos que
67
proporciona uma ruim condição de trafegabilidade. Os sentidos A e E apresentaram
grandes volumes de tráfego, pois são rotas de acesso a grandes pólos geradores de
tráfego como shoppings e a UFSM, não apresentam filas na interseção, pois são
fluxos livres.
Figura 39 - Simulação do cenário atual com a demanda atual
Fonte: Aimsun(2016)
Para que os dados da simulação representem as condições de fluxo,
densidade e velocidade observadas em campo foi necessário definir parâmetros
para a calibração e validação do experimento.
O parâmetro velocidade máxima desejada definida como a velocidade que um
veículo percorreria o trajeto a condições de fluxo livre, foi obtida em campo para os
sentidos A e D. A velocidade máxima desejada foi calculada a partir de trechos pré-
definidos de 20 e 25 metros, para a escolha do local foi observada a ausência de
obstáculos ou defeitos na pista. A amostragem obtida foi de 40 veículos em ambos
os sentidos conforme Tabela no apêndice L e M.
68
A velocidade máxima desejada foi obtida apenas nos fluxos onde não há
sinalização de pare e foi contabilizada de acordo com o tipo de veículo resultando
nas velocidades das Tabelas 17 e 18.
Tabela 17- Cálculo de velocidade máxima desejada – sentido A
Sentido A: Camobi - Centro
Veículo Velocidade (km/h)
Carro 27,69
Ônibus 21,35
Caminhão 23,53
Fonte: autor(2016)
Tabela 18 - Cálculo de velocidade máxima desejada – sentido D
Sentido D : Centro - Camobi
Veículo Velocidade (km/h)
Carro 29,47
Ônibus 19,20
Caminhão 21,74
Fonte: autor (2016)
Visto que a formação de filas e o fluxo como um todo é afetado pelos
semáforos ao entorno do cruzamento foi necessário a cronometragem dos tempos
semafóricos presentes na Avenida Nossa Senhora das Dores, que distam
aproximadamente 270 metros do cruzamento analisado.
O sentido A (Camobi – Centro) possui um ciclo de 60 segundos e suas fases
são definidas com o tempo em segundos de acordo com a Tabela 19.
69
Tabela 19 - Ciclo semafórico - sentido A
Sentido A :Camobi Centro
Fase Tempo (s)
Verde 30
Amarelo 4
Vermelho 26
Ciclo 60
Fonte: autor(2016)
No sentido D (Centro - Camobi) o cruzamento é dividido em dois ciclos, onde
um ciclo referente à faixa da esquerda permite a conversão à esquerda para a Rua
Padre Caetano e a passagem de pedestre para travessia da Avenida Nossa
Senhora das Dores e seu tempo é definido na Tabela 20 e o ciclo de maior tempo de
verde permite o fluxo reto dos veículos que permanecem nesta avenida conforme
Tabela 21.
As dimensões físicas dos veículos foram estipuladas de acordo com as
dimensões dos veículos de projeto do Manual de Estudo de Tráfego (DNIT, 2006) e
foram inseridos no software conforme Tabela 22.
Tempo semafórico
Local Tempo
(s)
Verde 30
Amarelo 4
Vermelho 26
Ciclo 60
Tempo semafórico
Local Tempo
(s)
Verde 17
Amarelo 4
Vermelho 39
Ciclo 60
Fonte: autor (2016)
Fonte: autor (2016)
Tabela 20-Ciclo semafórico - sentido D - conversão
Tabela 21-Ciclo semafórico - sentido D
70
Tabela 22 - Dimensões do veículo – carro
Média Desvio Mínimo Máximo
Extensão 5,8 m 0,5 m 3,5 m 5,8 km
Largura 2,1 m 0 m 2 m 2,1 m
Velocidade Máxima Desejada 30 km/h 5 km/h 5 km/h 60 km/h
Fonte: adaptado DNIT(2016)
Os dados relacionados ao modelo dinâmico dispostos na Tabela 23 foram
obtidos inicialmente pelos dados padrões fornecidos pelo Manual do Usuário
AIMSUN e de forma interativa foram alterados a fim de calibrar a formação de fila e
fluxo de veículos da simulação com os dados obtidos em campo.
Tabela 23- Parâmetros do modelo dinâmico calibrado
Média Desvio Mínimo Máximo
Aceleração Máxima 4 m/s² 1 m/s² 2,6 m/s² 7,4 m/s²
Aceitação de Velocidade 1,1 0,1 0,9 1,3
Dist. Mín. entre Veículos 1 m 0,3 m 0,5 m 1,5 m
Tempo de Pref. Máx 10 s 5,5 s 3 s 20 s
Aceitação de Ser Guiado 100% 0% 100% 100%
Fonte: adaptado AIMSUN (2016)
Da mesma forma, os valores relacionados ao modelo microscópico foram
calibrados e são demonstrados na Tabela 24.
Tabela 24 - Parâmetros do modelo microscópico calibrado
Média Desvio Mínimo Máximo
Desacelaração Normal 4 m/s² 0,25 m/s² 3,5 m/s² 4,5 m/s²
Desacelaração Máxima 6 m/s² 0,5 m/s² 5,0 m/s² 7 m/s²
Margem para Manobra de Ultrapassagem 7 s 3 s 1 s 10 s
Fonte: adaptado AIMSUN (2016)
71
Os tempos de reação são valores importantes na formação de fila, na fluidez
do tráfego e na estimativa do tempo de amarelo do semáforo. Esse é o somatório do
tempo percepção, identificação e reação.
O tempo de reação geral, tempo de reação diante da placa pare e tempo de
reação quando o motorista está em fila tem grande variedade entre os usuários, pois
varia de acordo com a diferença cultural, idade e condição do usuário.
De acordo com a literatura estrangeira, recomenda-se em torno de 1
segundo, mas de acordo com Sousa (2013), o tempo de usuário com percentil de
85% é de 1,3 segundos. Adotando este tempo de reação inicial e em seguida
calibrando para o cenário atual de formação de fila, foram obtidos os valores de
acordo com a Tabela 25.
Tabela 25 - Parâmetros do tempo de reação
Tempo de Reação
Tempo de Reação em Pare
Tempo de Reação em Fila
0,8 s 1,2 s 1,3 s
Fonte: adaptado AIMSUN(2016)
Estes parâmetros, depois de calibrados foram utilizados para todos os
cenários dos experimentos assim como a velocidade máxima da via que foi mantida
a atual de 30 km/h. Os cenários simulados foram:
Cenário atual com demanda atual e futura (Figura 40). Os trechos
selecionados representam os locais de medição de velocidade em campo, e a
definição de “yellow zone” que são locais onde os veículos não podem parar foi
fundamental para o melhor fluxo de veículos e representação da situação atual. A
sinalização vertical para cada fluxo foi definido conforme sinalização existente na
via.
Rótula com demanda atual e futura (Figura 41), o projeto geométrico foi
realizado de acordo com o projeto disponível no IPLAN datado de 2008, configurado
de uma rotatória única com raio de 18 metros.
72
Figura 40 - Configuração do cenário atual
Fonte: Aimsun (2016)
Figura 41 – Configuração do cenário com rótula única
Fonte: Aimsun (2016)
Cruzamento semaforizado com demanda atual e futura (Figura 42). Para este
cenário restringiu-se a conversão à esquerda e canalizaram-se as conversões à
direita, obtendo-se desta forma um cruzamento com ciclo único o que diminui os
pontos de conflito. O tempo semafórico foi obtido experimentalmente, priorizando os
sentidos A e D com 27 segundos de verde, e adotando 4 segundos de amarelo.
73
Figura 42- Configuração do cenário com cruzamento semaforizado
Fonte: Aimsun (2016)
Viaduto e rótula com demanda atual e futura (Figura 43). O projeto faz parte
da proposta de linha troncal de transporte publico, prevê um viaduto com fluxo livre
do sentido A para o D com faixa exclusiva para ônibus e uma rotatória que permite a
conversão para os demais sentidos.
Figura 43 - Configuração do cenário com viaduto e rótula projetados
Fonte: Aimsun (2016)
74
Na Figura 44, pode-se observar em perspectiva o cruzamento com a
implantação do viaduto.
Figura 44 - Projeto do viaduto com faixa exclusiva para ônibus
Fonte: IPLAN – Instituto de Planejamento de Santa Maria (2016)
As simulações de cada experimento foram replicadas cinco vezes e os
resultados foram dados a partir das médias destas replicações para ponderar
possíveis incidentes e obter dados com maior representatividade, uma vez que
existe um grande número de parâmetros probabilísticos e resultados estocásticos.
As características representadas através de F
figuras da malha simulada são: velocidade (km/h), fluxo (veh/h), densidade
(veh/km). Estas características estão apresentadas por faixas de tráfego.
As figuras são representadas por uma escala de cores, onde, de acordo com
a legenda de cada uma, expressa o nível da característica analisada, sendo a cor
vermelha para os locais mais críticos e a cor verde para características com melhor
desempenho.
75
a) Cenário Atual – Demanda Atual
Na avaliação dos resultados da simulação do cenário atual com a
configuração atual do congestionamento obtiveram-se resultados muitos próximos
ao que acontecem “in situ”. Observou-se altos índices de congestionamentos a
jusante a montante do cruzamento na Av. Nossa Sra. das Dores.
Na Figura 45 observa-se velocidade médias baixas nem quase todas as
faixas da Av. Nossa Sra. das Dores, na via de acesso da Almeida Buenos Aires, e
no cruzamento.
Figura 45 - Velocidade simulada para o cenário atual com demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
A Figura 46 representa por escala o volume de fluxo das vias simuladas, nas
quais apresentaram fluxos maiores na Av. Nossa Sra. das Dores.
76
Figura 46 -Fluxo simulado para o cenário atual com demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
De acordo com a Figura 47, observou-se pouca variação de densidade das
vias, mas destacou a Av. Nossa Sra das Dores sentido centro com a via que tem
maior densidade, isto se da devido ao fato de ser um fluxo controlado por semáforo
à jusante.
Figura 47 - Densidade simulada para o cenário atual com demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
77
b) Cenário Atual – Demanda Futura
Quando se avalia a configuração do cenário atual com uma demanda futura
projetada para 10 anos, observou-se uma sobrecarga do sistema viário,
apresentando locais com velocidades próximas a 10 km/h (Figura 48).
Figura 48 - Velocidade simulada para o cenário atual com demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
Como o aumento da frota foi dado linearmente e proporcional a demanda
atual, altos índices de fluxos foram registrados na Av. Nossa Sra. das dores e
Alameda Buenos Aires (Figura 49).
As maiores densidades foram registradas à montante na Alameda Buenos
Aires (Figura 50), isso se deve ao fato de os carros apresentarem maior dificuldade
em encontrar brechas para ingressar no cruzamento, uma vez que a Av. Nossa Sra.
das Dores tem preferência na circulação no cruzamento.
78
Figura 49 - Fluxo simulado para o cenário atual com demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
Figura 50 - Densidade simulada para o cenário atual com demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
c) Rotatória– Demanda Atual
Quando analisado as características de tráfego de um cenário com uma
rotatória para a demanda atual observa-se uma pequena melhora quanto ao cenário
atual. Na Figura 51 observa-se uma velocidade média próxima à da Figura 45.
79
Figura 51 - Velocidade simulada no cenário com rotatória e demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
Na Figura 52 obtiveram-se os valores de fluxos para a demanda atual no
cenário de uma rotatória.
Figura 52 - Fluxo simulado para o cenário com rotatória e demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
A partir da Figura 53, observou-se que com a implantação de uma rotatória
haveria menores densidades nos fluxos, o que demonstraria menores índices de
congestionamentos no local para a demanda atual de veículos.
80
Figura 53 - Densidade simulada para o cenário com rotatória e demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
d) Rotatória – Demanda Futura
Quando avaliado o cenário da rótula para uma demanda futura de 10 anos,
observaram-se valores críticos de velocidade (Figura 54), e altos índices de fluxo e
densidade, o que demonstra que a implantação de uma rotatória no cruzamento
melhoraria os índices de congestionamento na demanda atual, mas seria o pior
cenário para a demanda futura.
Também, nesse caso necessitar-se-ia de um ajuste geométrico para facilitar a
conversão dos veículos, já que em área urbana o espaço é restrito para projetar
grandes raios de rotatórias (Figura 55 e 56).
Figura 55 - Velocidade simulada para o cenário com rotatória e demanda futura
Fonte: Aimsun(2016)
81
Figura 55 -Fluxo simulado para o cenário com rotatória e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
Figura 56 - Densidade simulada para o cenário com rotatória e demanda futura
Fonte: Aimsun(2016)
82
e) Cruzamento Semaforizado – Demanda Atual
Quando avaliado o cenário de cruzamento com semáforos observaram-se
reduções na velocidade média devido ao tempo de espera em todas as vias à
montante do cruzamento (Figura 57).
Figura 57 - Velocidade simulada com cruzamento semaforizado com demanda atual
Fonte: Aimsun(2016)
Na Figura 58, observou-se que nestas condições o fluxo (veículos/hora) são
valores altos, uma vez que o uso dos semáforos restringe a capacidade de
escoamento de fluxo nas vias.
83
Figura 58 - Fluxo simulado para o cruzamento semaforizado com demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
Ainda, o uso de semáforos resultou em pequenas melhorias na densidade de
veículos nas vias à montante do cruzamento (Figura 59).
Figura 59 - Densidade simulada com cruzamento semaforizado com demanda atual
Fonte: Aimsun(2016)
84
f) Cruzamento Semaforizado – Demanda Futura
Quando avaliado o cenário com semáforos e demanda futura, (Figura 60),
verificaram-se velocidades médias semelhantes à do cenário atual, mesmo
prevendo os tempos de paradas devido ao tempo de vermelho do semáforo, o que
demonstra que o semáforo é uma potencial solução para cruzamento de alto volume
de fluxos.
Também, o semáforo como sistema adaptativo e integrado, pode ser uma
solução à menor custo que auxilia no gerenciamento do tráfego e otimiza os tempos
de viagens, uma vez que há controladores semafóricos que se adaptam em tempo
real ao fluxo.
Deve-se pontuar que nesse caso dever-se-ia requalificar as vias de retorno
para possibilitar as conversões à esquerda restringidas nesse cruzamento.
Figura 60 - Velocidade simulada para o cruzamento semaforizado e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
Na Figura 61, observa-se uma capacidade de fluxo baixa das vias quando
inseridos semáforos a tempo fixo quando há uma grande demanda de veículos.
85
Figura 61 -Fluxo simulado para o cruzamento semaforizado e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
Figura 62 - Densidade simulada para o cruzamento semaforizado e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
g) Viaduto – Demanda Atual
De forma geral, o viaduto proporciona melhor qualidade de tráfego para os
veículos com a demanda atual e com a demanda futura.
Na Figura 63, observa-se uma velocidade média superior dos demais
cenários nas principais vias de acesso do local.
86
Figura 63 -Velocidade simulada para o cenário com viaduto e demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
Neste cenário observa-se uma maior capacidade de fluxo das vias,
representado na Figura 64; menores níveis de densidade na Figura 65, com a
implantação do viaduto,
Figura 64 - Fluxo simulado para o cenário com viaduto e demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
87
Figura 65 - Densidade simulada para o cenário com viaduto e demanda atual
Fonte: Aimsun (2016)
h) Viaduto – Demanda Futura
A implantação do viaduto proporcionaria aceitáveis condições de
congestionamentos, mesmo com uma demanda projetada para 10 anos.
Na Figura 66, podem-se observar velocidades médias maiores do que nos
demais cenários analisados com uma demanda futura. E operando a altos níveis de
fluxo (Figura 67).
Figura 66 - Velocidade simulada para o cenário com viaduto e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
88
Figura 67 - Fluxo simulado para o cenário com viaduto e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
As simulações também apresentaram aceitáveis índices de densidade de
veículos mesmo com uma demanda futura para 10 anos (Figura 68).
Figura 68 - Densidade simulada para o cenário com viaduto e demanda futura
Fonte: Aimsun (2016)
89
A síntese dos resultados obtidos das simulações, representados nos
apêndices N, O e P, pode ser mais bem avaliada através de gráficos, que comparam
os cenários para a demanda atual e futura. Estes foram gerados através de uma
média das replicações das simulações e de todos os segmentos, por tanto,
representam o sistema como um todo.
Quando comparado à velocidade média aritmética dos carros em cada
cenário, de acordo com a Figura 69 observa-se que, para a demanda atual, a
rotatória única fornece a maior velocidade, maior inclusive que o cenário do viaduto
elevado; o viaduto elevado diminui a velocidade como um todo devido à rampa de
subida e descida do elevado.
Para a demanda futura de 10 anos, a rotatória é a pior solução em termos de
velocidades desenvolvidas e o viaduto a melhor solução por apresentar maiores
velocidades média (Figura 69).
Figura 69 - Comparação da velocidade entre os cenários
Fonte: Autor (2016)
Quando avaliadas as velocidades harmônicas, na Figura 70, a velocidade no
cenário com rotatória reduziria de 23 km/h na demanda atual para aproximadamente
7 km/h na demanda futura, o que demonstra que esta proposta de modificação viária
seria a menos eficiente em termos de velocidade desenvolvida pelos carros.
0
10
20
30
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Velocidade (km/h)
Demanda Atual Demanda Futura
90
O viaduto elevado, por apresentar maior capacidade de fluxo, não afetaria
consideravelmente a velocidade harmônica dos veículos mesmo com o aumento da
frota de aproximadamente 6% para os próximos 10 anos.
Figura 70 - Comparação da velocidade harmônica entre os cenários
Fonte: Autor (2016)
Quando observado o fluxo como indicador de serviço do tráfego, verifica-
se,na Figura 71, que para a demanda atual todos os cenários apresentariam a
mesma quantidade de veículos que atravessariam uma dada seção no horário de
pico, mas para uma demanda futura o viaduto é a única opção que permitiria um
acréscimo considerável de escoamento de veículos por hora.
Figura 71 - Comparação do fluxo entre os cenários
Fonte: Autor (2016)
0
5
10
15
20
25
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Velocidade Harmônica (km/h)
Demanda Atual Demanda Futura
0
2000
4000
6000
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Fluxo (veíc/h)
Demanda Atual Demanda Futura
91
A densidade, como parâmetro de qualidade e conforto do tráfego na via,
demonstra, na Figura 72 a rotatória e o viaduto elevado apresenta baixa densidade
de veículos para a demanda atual, enquanto para demanda futura a rotatória
proporciona a mais elevada densidade de veículos, ou seja, tráfego mais intenso.
No caso da proposta de intervenção com cruzamento com semáforos
programados a tempo fixo, a densidade de veículos por quilômetros é muito próxima
ao existente com a configuração viária atual.
Figura 72 - Comparação da densidade entre os cenários
Fonte: Autor (2016)
A fila média de veículos nos trechos da rede viária analisada está diretamente
relacionada ao tempo de espera e ao aumento da densidade dos veículos nos
segmentos analisados.
De acordo com a Figura 73, observa-se que para a demanda atual o
cruzamento semaforizado aumentaria o número de filas, pois haveria a necessidade
dos veículos que trafegam nos sentidos de maior fluxo, A e D, a aguardarem a fase
verde do semáforo.
Quando analisado com a demanda futura, o cenário com rotatória
proporcionaria a maior quantidade de filas, pois os veículos necessitariam aguardar
um “gap” na rotatória para realizar as conversões nesta interseção, e desta
forma,formaria um grande número de veículos em fila em todos os trechos e
sentidos da via.
0
10
20
30
40
50
60
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Densidade(veíc/km)
Demanda Atual Demanda Futura
92
No cenário com viaduto elevado, o fluxo no sentido A e D estariam livres, com
menores pontos de conflitos, formando apenas filas na rotatória abaixo do viaduto
para a conversão dos veículos dos demais trechos.
Figura 73 - Comparação da fila média nos diferentes cenários
Fonte: Autor (2016)
O número de paradas depende da sinalização e da concepção da alternativa
a ser implantada. Nos cenários estudados o número de paradas, de acordo com a
Figura 74, é mais elevado para o cruzamento com semáforos e no cenário atual.
Figura 74 - Comparação do número de paradas nos diferentes cenários
Fonte: Autor (2016)
Ainda, a rotatória projetada e o cenário com viaduto diminuiriam o número de
paradas que os veículos realizariam nos segmentos do cruzamento analisado.
0
50
100
150
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Fila média (veíc)
Demanda Atual Demanda Futura
0
100
200
300
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Número de Paradas
Demanda Atual Demanda Futura
93
Este parâmetro não está diretamente ligado ao nível de congestionamento,
mas pode ser um parâmetro utilizado para avaliar a segurança viária disponibilizada
pela configuração da interseção.
O tempo parado dos veículos no sistema pode ser observado, na Figura 75,
como um indicador de serviço da via.
Este indicador demonstra que a rotatória proporcionaria o mais elevado índice
de tempo parado para a demanda futura de veículos em 10 anos, e atingindo mais
de 13 minutos por km, enquanto o viaduto quase anularia o tempo necessário
parado dos veículos para percorrer o cruzamento.
Figura 75 - Comparação do tempo parado nos diferentes cenários
Fonte: Autor (2016)
Optou-se por comparar a quantidade de emissão de CO2, pois é o gás mais
poluente emitido pelos veículos.
Na Figura 76 observou-se que a implantação de uma rotatória no cruzamento
elevaria a quantidade de gás carbônico emitido pelos veículos neste cruzamento,
pois ela está diretamente proporcional ao tempo de espera dos veículos no sistema.
Enquanto o cruzamento semaforizado e o viaduto proporcionariam menor
poluição ambiental emitida pelo congestionamento.
0
200
400
600
800
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Tempo Parado (seg/km)
Demanda Atual Demanda Futura
94
Figura 76 - Comparação da emissão de CO2 nos diferentes cenários
Fonte: Autor (2016)
Quando comparado os custos das propostas de alterações viárias, deve-se
enfatizar que o cruzamento semaforizado, exigiria maiores custos que o aqui
previsto, pois se impedindo a conversão à esquerda obrigaria aos motoristas
buscarem outro cruzamento para fazer esta conversão, necessitando desta forma
uma requalificação destas vias locais. Ainda, para este caso, uma análise de
macrossimulação pode prever um resultado mais preciso.
No caso da estimativa de custos da proposta de uma rotatória, foram
atualizados os custos do orçamento da obra planejada em 2008 e com base nesses
dados atualizados pode-se obter uma estimativa de custos dos diferentes cenários.
A partir da Figura 77 podem-se comparar os custos diretos das modificações
viárias demonstrando que o viaduto é uma solução que demanda altos
investimentos quando comparada as demais soluções possíveis.
A Tabela 26 apresenta, por fim, o resumo dos resultados referentes à cada
solução viária.
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
Cenário Atual CruzamentoSemaforizado
Rotatória Viaduto comrotatória
Emissão CO2 (g)
Demanda Atual Demanda Futura
95
Figura 77 – Comparação dos Custos das Alternativas Viárias
Fonte: Autor (2016)
Tabela 26 – Resumo dos resultados das simulações
Cenário
Demanda Velocidade
Média Fluxo Densidade
Fila média
Número de
Paradas
Tempo Parado
Emissão de CO2
Custo
Cenário Atual Atual Média Médio Média Média Média Médio Médio
Baixo Futura Baixa Médio Alta Alta Alta Alto Alto
Cruzamento Semaforizado
Atual Média Médio Média Média Média Médio Médio Médio
Futura Baixa Médio Alta Média Alta Médio Médio
Rotatória Atual Alta Médio Baixa Baixa Baixa Baixo Médio
Médio Futura Baixa Médio Alta Alta Média Alto Alto
Viaduto com Rótula
Atual Alta Médio Baixa Baixa Baixa Baixo Médio Alto
Futura Alta Alto Baixa Baixa Baixa Baixo Médio
Fonte: Autor (2017)
Propostas de Alteração Viária
Rotatória R$ 89,673
CruzamentoSemaforizado
R$ 149,237
Viaduto 3,033,825
R$ -
R$ 500,000
R$ 1,000,000
R$ 1,500,000
R$ 2,000,000
R$ 2,500,000
R$ 3,000,000
R$ 3,500,000C
ust
os
dir
eto
s
96
1. CONCLUSÕES
O presente estudo teve como objetivo avaliar diferentes propostas de
cruzamentos para uma interseção de grande fluxo de veículos em área urbana. O
local de estudo é de grande importância para o planejamento urbano, uma vez que
apresentou grande volume de fluxo e congestionamento em horários de pico.
A partir do levantamento da demanda de veículos, e extrapolado o VDM para
um horizonte de 10 anos, com base nas simulações, percebeu-se que o cenário
atual do layout do cruzamento não possibilitaria um adequado nível de serviço, pois
apresentaria uma alta densidade e velocidade média de 10 km/h em alguns trechos.
Ainda, através da extrapolação do crescimento médio da frota da cidade, foi
avaliado que a taxa de crescimento da frota de veículos particulares de 6% é
próximos à média nacional, mas o crescimento da frota de ônibus de
aproximadamente 2% é muito aquém do que o necessário o que demonstra a falta
de investimentos no setor de transportes públicos.
Após as simulações dos diferentes cenários e demandas, pode-se concluir
que o cenário com rótula é o cenário que proporciona melhores condições de tráfego
para a demanda atual de veículos. Embora não exija grandes investimentos, cerca
de 90 mil, esse permite o fluxo de veículos em horário de pico, aumenta a segurança
viária e diminui a emissão de poluentes causados pela queima de combustível.
Logo, se o crescimento da frota fosse contido, investimentos menores como a
implantação de uma rótula seria de grande eficiência e com menores impactos de
vizinhança.
Quando avaliados os cenários com a demanda futura, o único cenário que
apresentou níveis de congestionamento aceitável foi o cenário com viaduto, pois
proporcionou aumento de capacidade de fluxo das vias. Porém, deve-se apontar que
é a solução mais cara, estimada em mais de 3 milhões, e que medidas estruturais
de infraestrutura não podem ser avaliadas individualmente, deve-se avaliar ainda o
fato que a construção de novas vias e rotas incentiva o uso do transporte individual e
crescimento da frota de automóveis, e por sua vez, tende a saturar as novas vias.
Ainda, construções como viadutos em centros urbanos causam grandes
impactos de vizinhança e proporcionam desvalorização dos imóveis próximos, por
isso, avaliações dos impactos sociais, ambientais e o impacto no fluxo de veículos
97
de uma forma macro são essenciais para a viabilidade da construção de obras de
grande porte.
Nesse contexto, pode-se concluir que medidas que incentivem o transporte
coletivo são importantes para a contenção do crescimento da frota, como faixa
exclusiva de ônibus, e devem ser avaliadas na implantação e alterações viárias, pois
são as formas mais econômicas e eficientes na redução de fluxo de veículos e
melhoramento do nível de congestionamento.
Como sugestão para trabalhos futuros, sugere-se: avaliar propostas de
melhorias na geometria da rótula no cenário de uma rótula única, como adaptar ela
para uma rótula elíptica, realizar uma análise de custo benefício da ampliação do
número de faixas da rótula do cenário do viaduto, pois poderia mitigar possíveis
congestionamentos causados pelas conversões.
Por fim, sugere-se avaliar a interação do pedestre com os veículos por ser
uma região densamente urbanizada e realizar simulações para diferentes horários
de picos, visto que cada origem de fluxo tem seu horário de pico próprio por haver
diferentes tipos de polos geradores de tráfego na região.
98
REFERÊNCIAS
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99
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101
ANEXOS
102
APÊNDICE A – SÍNTESE DAS CONTAGENS DO SENTIDO A
103 APÊNDICE B – SÍNTESE DAS CONTAGENS DO SENTIDO B
104
APÊNDICE C – SÍNTESE DAS CONTAGENS DO SENTIDO C
105 APÊNDICE D – SÍNTESE DAS CONTAGENS DO SENTIDO D
106
APÊNDICE E– SÍNTESE DAS CONTAGENS DO SENTIDO E
107 APÊNDICE F – ANÁLISE DE HORÁRIO DE PICO E FHP SENTIDO A
108
APÊNDICE G – ANÁLISE DE HORÁRIO DE PICO E FHP SENTIDO B
109 APÊNDICE H – ANÁLISE DE HORÁRIO DE PICO E FHP SENTIDO C
110
APÊNDICE I – ANÁLISE DE HORÁRIO DE PICO E FHP SENTIDO D
111 APÊNDICE J – ANÁLISE DE HORÁRIO DE PICO E FHP SENTIDO E
112
APÊNDICE L –TABELA DE VELOCIDADE MÁXIMA DESEJADA
N Ponto Classe Distância (m) Tempo [s] V (km/h)
1 D Carro 20 2,03 35,468
2 D Carro 20 2,88 25,000
3 D Carro 20 2,07 34,783
4 D Carro 20 2,49 28,916
5 D Carro 20 2,28 31,579
6 D Ônibus 20 3,73 19,303
7 D Carro 20 2,86 25,175
8 D Carro 20 2,56 28,125
9 D Carro 20 2,57 28,016
10 D Carro 20 2,73 26,374
11 D Carro 20 2,3 31,304
12 D Carro 20 2,25 32,000
13 D Carro 20 2,03 35,468
14 D Ônibus 20 2,92 24,658
15 D Ônibus 20 3,22 22,360
16 D Carro 20 2,09 34,450
17 D Ônibus 20 3,13 23,003
18 D Carro 20 3,23 22,291
19 D Carro 20 2,46 29,268
20 D Ônibus 20 3,38 21,302
21 D Carro 20 2,84 25,352
22 D Carro 20 2,38 30,252
23 D Carro 20 1,76 40,909
24 D Carro 20 2,03 35,468
25 D Caminhão 20 3,06 23,529
26 D Carro 20 3,49 20,630
27 D Carro 20 3,53 20,397
28 D Carro 20 3,26 22,086
29 D Carro 20 2,97 24,242
30 D Carro 20 2,18 33,028
31 D Ônibus 20 4,12 17,476
32 D Carro 20 3,83 18,799
33 D Carro 20 4,72 15,254
34 D Carro 20 2,31 31,169
35 D Carro 20 3,43 20,991
36 D Carro 20 2,46 29,268
37 D Carro 20 2,98 24,161
38 D Carro 20 2,89 24,913
39 D Carro 20 2,82 25,532
40 D Carro 20 3,1 23,226
V média Carro 27,6937
V média Ônibus 21,3502
V média Caminhão 23,5294
Levantamento de Campo: Velocidades
Sentido: Camobi - Centro
113
APÊNDICE M –TABELA DE VELOCIDADE MÁXIMA DESEJADA
N Ponto Classe Distância (m) Tempo [s] V (km/h)
1 A Carro 25 4,48 20,089
2 A Carro 25 3,16 28,481
3 A Carro 25 3,86 23,316
4 A Carro 25 3,62 24,862
5 A Carro 25 3,11 28,939
6 A Carro 25 3,73 24,129
7 A Carro 25 3 30,000
8 A Caminhão 25 3,95 22,785
9 A Carro 25 3,73 24,129
10 A Carro 25 3,25 27,692
11 A Carro 25 2,4 37,500
12 A Carro 25 3,48 25,862
13 A Carro 25 2,73 32,967
14 A Carro 25 2,72 33,088
15 A Carro 25 3,1 29,032
16 A Carro 25 3,03 29,703
17 A Carro 25 2,72 33,088
18 A Ônibus 25 4,42 20,362
19 A Carro 25 2,46 36,585
20 A Ônibus 25 4,68 19,231
21 A Carro 25 2,86 31,469
22 A Caminhão 25 4,35 20,690
23 A Ônibus 25 4,93 18,256
24 A Carro 25 3,19 28,213
25 A Carro 25 2,83 31,802
26 A Carro 25 2,83 31,802
27 A Carro 25 2,56 35,156
28 A Carro 25 3,35 26,866
29 A Carro 25 2,93 30,717
30 A Carro 25 3,25 27,692
31 A Carro 25 2,78 32,374
32 A Carro 25 3,33 27,027
33 A Carro 25 3,29 27,356
34 A Ônibus 25 5,56 16,187
35 A Carro 25 3,32 27,108
36 A Carro 25 2,13 42,254
37 A Ônibus 25 6,12 14,706
38 A Ônibus 25 3,4 26,471
39 A Carro 25 3,35 26,866
40 A Carro 25 3,36 26,786
V média Carro 29,46719
V média Ônibus 19,202
V média Caminhão 21,737
Levantamento de Campo: Velocidades
Sentido: Centro - Camobi
114
APÊNDICE N– SÍNTESE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES
(Continua)
115 APÊNDICE N– SÍNTESE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES
(Continuação)
116
APÊNDICE N – SÍNTESE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES
(Continuação)