Análise da Capacidade e Nível de Serviço de Vias: Ferrovias e Rodovias

Análise da Capacidade e Nível de Serviço de Vias Capítulo VII Serviço Público Federal Ministério da Educação Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul Faculdade de Engenharias Arquitetura e Urbanismo e Geografia FAENG ENGENHARIA CIVIL ENGENHARIA DE TRANSPORTES I Diagrama EspaçoTempo FERROVIA Análise da Capacidade e Nível de Serviço de Vias Introdução Capacidade de um componente do sistema de transporte capacidade de acomodar uma corrente de pessoas ou veículos medida de oferta Nível de serviço medida da qualidade do fluxo com a redução do fluxo de veículos ou de pessoas melhora o nível de serviço e viceversa Capacidade e nível de serviço Objetivo planejar projetar e administrar os sistemas de transporte Análise da Capacidade e Nível de Serviço de Vias Introdução Procedimentos para estimação da capacidade e nível de serviço de a Ferrovias b Rodovias rodovias de pista dupla Manual da Transportation Research Board TRB Highway Capacity Manual HCM Capacidade de Tráfego de Vias Férreas Capacidade de tráfego de uma ferrovia número de trens que podem circular pelo segmento em um determinado intervalo de tempo normalmente 24 horas determinado pelo diagrama espaçotempo Regime de licenciamento a intervalos de espaço sistemas de staff elétrico ou de sinalização por blocos um trem não pode partir de uma estação ou sinal antes que o seu precedente tenha atingido a estação ou sinal de bloqueio seguinte pois 2 trens não podem ocupar simultaneamente o mesmo trecho ou bloco a capacidade de um segmento depende do tempo gasto para percorrer cada bloco ou trecho entre estações Capacidade de vias férreas com tráfego unidirecional Capacidade de uma via férrea com tráfego em um único sentido headway mínimo Figura 71 Diagrama espaçotempo para tráfego ferroviário unidirecional distâncias constantes Estação A para Estação B Separação mínima entre 2 trens consecutivos em um trecho unidirecional Ramais ferroviários normais 2 blocos Metrôs 3 blocos 2 trens viajando com a menor separação possível 2 blocos Figura 71 distâncias entre estações constantes Vel Constantes A C B Capacidade de vias férreas com tráfego unidirecional Headway mínimo ℎ𝑚í𝑛 2𝑑𝐵 𝐿 𝑑𝑓 𝑉 60 71 sendo hmín headway mínimo de tempo min dB comprimento do bloco km L comprimento da composição km df distância mínima de segurançakm e V velocidade de operaçãokmh Capacidade teórica da linha 𝑐𝑡 𝜂 60 ℎ𝑚í𝑛 72 sendo ct capacidade teórica da via trensh hmín headway mínimo min e η coeficiente de redução 06 a 08 de acordo com a eficiência da empresa Para Distâncias Constantes Figura 72 Distância limitativa em um trecho unidirecional de ferrovia distâncias entre estações não constantes Capacidade de vias férreas com tráfego unidirecional Distância entre estações não constantes headway mínimo é determinado pela maior distância entre estações distância limitativa do trecho Distância entre estações AB e C 2 blocos mínimo Capacidade de vias férreas com tráfego unidirecional Headway mínimo ℎ𝑚í𝑛 𝑑 𝑉 73 sendo d distância limitativa do trecho maior distância km e V velocidade de operação kmh Capacidade teórica do trecho n trens na seção por dia 𝑐𝑡 𝜂 24 ℎ𝑚í𝑛 24 𝜂 𝑉 𝑑 74 sendo ct capacidade teórica da via trensdia Para Distâncias Não Constantes Capacidade de vias férreas com tráfego unidirecional Exemplo 71 Determinar a capacidade teórica de um trecho unidirecional no qual operam trens de 500 m de comprimento médio a uma velocidade constante igual a 45 kmh e onde os blocos têm 4 km de extensão SOLUÇÃO Se df 200 m e distância entre blocos é cte pela equação 71 temse Adotandose fator de eficiência η de 07 pela equação 72 temse ℎ𝑚í𝑛 2 4 05 02 45 60 116 𝑚𝑖𝑛 𝑐𝑡 07 60 116 362 𝑡𝑟𝑒𝑛𝑠ℎ ou cerca de 86 trensdia OBS capacidade teórica capacidade máxima do trecho Efeito de trens com velocidades diferentes sobre a capacidade Seção anterior eq 71 e 72 velocidade de todos os trens é constante Quando velocidades são diferentes há redução na capacidade de tráfego em função das manobras de ultrapassagem Figura 73 Demonstração esquemática da manobra de ultrapassagem Trem mais lento trem de carga trem mais rápido trem de passageiros Desvios ou pátios ao longo da linha Figura 74 Diagrama espaçotempo da manobra de ultrapassagem Trem mais lento atraso tempo entra desvio tempo sai desvio tempo gasto parado Efeito de trens com velocidades diferentes sobre a capacidade T1 T2 Efeito de trens com velocidades diferentes sobre a capacidade Exemplo 72 Seja um trecho de ferrovia de tráfego unidirecional e com linha dupla apenas nos desvios no qual trafegam trens de carga que viajam a 60 kmh e trens de passageiros que viajam a 90 kmh No trecho a distância de um bloco é de 10 km quando há necessidade de desvios sua distância é a mesma a de um bloco sendo que os desvios podem ser usados para as manobras de ultrapassagem Segundo regras de operação da empresa os trens sendo ultrapassados entram no desvio 5 minutos antes da ultrapassagem e saem do desvio 5 minutos depois da ultrapassagem Admitindo que exista um trem de passageiros por hora e que os trens de passageiros têm prioridade sobre os de cargas determinar a A capacidade máxima da linha supondo que ela só seja usada por trens de carga b A redução da capacidade causada pela operação mista carga passageiro SOLUÇÃO ℎ𝑚í𝑛 𝑑 𝑉 10 𝑘𝑚 60 𝑘𝑚ℎ 60 𝑚𝑖𝑛 ℎ 10 𝑚𝑖𝑛 1 Cálculo do headway mínimo para trem de carga V 60 kmh 2 Cálculo da capacidade teórica do trecho para trem V 60 kmh Admitese η 1 Efeito de trens com velocidades diferentes sobre a capacidade 𝐶𝑡 𝜂 60 ℎ𝑚í𝑛 60 10 6 𝑡𝑟𝑒𝑛𝑠ℎ Para Distâncias não constantes Figura 75 Efeito da diferença nas velocidades dos trechos sobre a capacidade Exemplo 72 Efeito de trens com velocidades diferentes sobre a capacidade a Trecho operando na sua capacidade máxima teórica 6 trens cargahora b Trecho com operação mista 2 tipos de trens c velocidades diferentes redução de 6 p 5 n trens de cargahora Vtrens aumenta aumenta redução trens de carga diminui capacidade do trecho Trens de carga a 60 kmh Trens de passageiro a 90 kmh a b Capacidade de vias férreas com tráfego bidirecional Figura 76 Solução de conflito entre trens por manobra de cruzamento Trem de menor prioridade é retirado da linha para permitir a passagem do trem de maior prioridade Geralmente desvios são espaçados entre 10 e 15 km cuja extensão pode acomodar pelo menos um comboio Cruzamento de trens nos 2 sentidos de direção opostas em uma via única desvios em trechos de linha dupla conectados à linha principal por aparelhos de mudança de via Figura 77 Esquema de operação de um trecho ferroviário com tráfego bidirecional Capacidade de vias férreas com tráfego bidirecional Atraso de manobras por cruzamento são SEMPRE MENORES que atrasos sofridos em manobras de ultrapassagem por isso diferença de velocidades entre trens tem um grande impacto sobre a capacidade do trecho Trens mais rápidos têm prioridade sobre trens mais lentos Trens de passageiros têm prioridade sobre trens de carga Trens carregados têm prioridade sobre trens vazios Capacidade de vias férreas com tráfego bidirecional Figura 78 Trecho com tráfego bidirecional operando na capacidade Trens de maior prioridade ímpar Headway entre 2 trens de A p B tempo de 2 blocos separação mínima Trens de menor prioridade par Vpar Vímpar Intervalo entre a chegada de um trem na estação e a partida do trem seguinte e que o mesmo ocorre nos desvios utilizado para aumentar a segurança do sistema e é usado para operações como a conferência da cauda mudança de chaves etc Nos desvios trem de menor prioridade deve chegar ao desvio um certo tempo antes da passagem do trem de maior prioridade e só retorna para a linha um certo tempo depois da passagem do outro trem Capacidade teórica de um trecho com tráfego bidirecional inverso do headway 𝐶𝑡 1 𝑡𝑖 𝑡𝑝 𝑡𝑓 75 sendo Ct capacidade teórica em uma direção trenshora ti tempo de viagem entre desvios na direção prioritária h tp tempo de viagem entre desvios na outra direção h e tf tempo total de folga nos cruzamentos de trens h OBS Para aumentar o número máximo de trens é necessário reduzir o tempo total de viagem entre desvios Capacidade de vias férreas com tráfego bidirecional A manutenção da via permanente e a capacidade 1 Segmento saturado opera na capacidade 2 Redução da velocidade em um trecho deterioração da via devido a falta de manutenção redução da velocidade temporariamente pode provocar descarrilamentos 3 Redução da velocidade e mais um dos desvios fica incapacitado temporariamente devido a falta de manutenção preventiva a não utilização do 2 desvio causa uma redução adicional ao n de trens Figura 79 Efeito da manutenção da via sobre a capacidade