Engenharia de Transportes: Estruturas e Modos de Transporte

ENGENHARIA DE TRANSPORTES Lucas Brandão 2 SUMÁRIO 1 SISTEMAS DE TRANSPORTES 3 2 TRANSPORTE FERROVIÁRIO 41 3 TRANSPORTE RODOVIÁRIO 71 4 ENGENHARIA DE TRÁFEGO 104 5 FLUXO DE VEÍCULOS E INTERSEÇÕES 143 6 CAPACIDADE DAS VIAS E NÍVEIS DE SERVIÇO 179 3 1 SISTEMAS DE TRANSPORTES Apresentação A Engenharia de Transportes é uma ciência que aplica diversos princípios tecnológicos e científicos voltados ao planejamento projeto funcional operação e gerenciamento dos diferentes modos de transporte com o objetivo de promover um movimento de pessoas e mercadorias de maneira segura rápida confortável conveniente e econômica O objetivo do primeiro bloco desta disciplina é apresentar os conceitos básicos ligados ao estudo dos transportes buscando responder perguntas como O que é um sistema de transportes Como esse sistema se estrutura Quais meios de transporte existem Quais as vantagens e desvantagens para cada tipo de transporte E diversas outras Com base nas noções gerais apresentadas neste bloco os alunos e as alunas do curso poderão compreender os principais aspectos que envolvem o planejamento a operação e a infraestrutura dos sistemas de transporte A organização deste bloco se inicia com a definição do transporte como um sistema explicando quais entidades estão envolvidas neste sistema e o que se espera dele Em seguida é discutido o papel da Engenharia de Transportes e suas áreas de estudo Os próximos subtemas abordam os fatores humanos e ambientais que afetam os sistemas de transporte e os veículos que fazem parte dele Por fim apresentase um panorama geral sobre cada modo de transporte e a sua situação no cenário brasileiro 11 Transporte como um sistema A participação do transporte no cotidiano de uma sociedade é algo indiscutível e de importância multidimensional O transporte permite que pessoas e mercadorias se desloquem de um ponto de origem a um destino Esses deslocamentos também podem ser chamados de viagens podendo ocorrer por diferentes motivos como trabalho educação lazer compras saúde etc 4 Ao tratar o transporte como um sistema precisamos compreender seus principais conceitos a entrada input e a saída output A entrada ou input em um sistema de transportes pode ser compreendida como os bens ou as pessoas que precisam ou desejam se deslocar A saída ou output nos sistemas de transportes é o próprio deslocamento desses elementos Os principais elementos de um sistema de transporte são 1 os elementos que serão transportados como pessoas ou bens materiais 2 os veículos que farão o transporte como automóveis caminhões trens navios etc 3 as vias que permitem esses deslocamentos como rodovias ferrovias ciclovias etc 4 os terminais como aeroportos portos marítimos estações de metrô e diversos outros 5 os sistemas de controle o que envolve a sinalização e as regras de descolamento como placas e semáforos e por fim 6 os operadores que realizam os transportes que são as empresas prestadoras dos serviços de transportes Os transportes podem se dividir em cinco principais modos rodoviário ferroviário aquaviário ou hidroviário aeroviário e dutoviário Além deles é importante saber que temos outros exemplos de modos de transportes como teleféricos esteiras rolantes elevadores e o modo não motorizado O sistema de transporte é um elemento básico para o desenvolvimento de um território seja ele um bairro uma cidade um estado ou um país O transporte está diretamente relacionado à praticamente todos os setores da nossa vida se relacionando com instituições sociais econômicas e políticas A importância do transporte também pode ser observada conforme Padillo Silveira e Torres O transporte é responsável por qualquer atividade econômica sem ele não há desenvolvimento em uma cidade região ou país Devido ao fato de que as necessidades de recursos materiais e de situação dos seres humanos não são uniformes no território o transporte se faz indispensável para permitir esse deslocamento de pessoas e bens de um ponto para outro PADILLO SILVEIRA TORRES 2020 p20 5 Economicamente por si só o transporte não é capaz de gerar riquezas mas devido ao seu caráter transversal de conectar diferentes demandas da sociedade ele garante que elementos básicos da sociedade como educação alimentação e saúde sejam praticados PADILLO SILVEIRA TORRES 2020 No Brasil historicamente o transporte principalmente em se tratando de mercadorias é predominantemente feito por meio de rodovias Como pode ser visto na Figura 11 Fonte CNT 2013 Figura 11 Composição da matriz de transporte de carga brasileiro Porém o transporte rodoviário não é a única alternativa para transporte de cargas além de não ser o modo mais barato em termos de manutenção e operação Então você pode estar se perguntando por que esse modo é tão potente no Brasil De forma geral é possível compreender que uma boa rede de transporte exige um bom orçamento e os valores de investimento manutenção e operação variam muito de acordo com o modo de transporte O modo rodoviário é um dos modos que requer o menor investimento inicial e por isso possui uma potência tão grande dentro do Brasil Apesar do investimento inicial no transporte rodoviário ser baixo os custos operacionais manutenção de veículos pavimentos combustível etc são muito mais elevados quando comparados ao transporte ferroviário por exemplo 6 Isso condiciona e interfere na distribuição dos produtos que consumimos e serviços que utilizamos além de demonstrar de forma superficial como a relação entre transporte economia e sociedade está ligada diretamente ao desenvolvimento de um país Um bom sistema de transportes não é o resultado do desenvolvimento de um país pelo contrário o sistema de transportes é uma das razões para o desenvolvimento de um país 12 Engenharia de Transportes O Institute of Transportation Engineers Instituto de Engenheiros de Transporte define a Engenharia de Transportes como a aplicação de princípios tecnológicos e científicos para planejamento projeto funcional operação e gerenciamento dos equipamentos de quaisquer modos de transporte a fim de promover um movimento de pessoas e bens de forma segura rápida confortável conveniente e econômica LALL 1990 De forma geral a Engenharia de Transportes é uma área de conhecimento interdisciplinar praticada por diferentes profissionais desde engenheiros até gestores públicos que elaboram políticas públicas de planejamento operação e infraestrutura de transportes A interdisciplinaridade da Engenharia de Transportes pode ser compreendida como base no gráfico da Figura 12 Fonte Adaptado de Lall 1990 p 7 Figura 12 Interdisciplinaridade da Engenharia de Transportes 7 De forma prática uma cidade pode ser compreendida como uma organização espacial de atividades com um determinado padrão de uso e ocupação do solo A localização das atividades que acontecem no espaço urbano afeta a vida das pessoas criando uma necessidade de interação entre lugares distintos Essa necessidade de interagir com outros locais faz com que pessoas bens e informações se movimentem e para isso são utilizados os transportes As principais razões para se movimentar segundo Lall 1990 são Complementaridade quando há uma atração relativa entre dois ou mais destinos Transferibilidade quando há necessidade em superar distâncias considerando tempo dinheiro e tecnologia Oportunidade quando há competição entre destinos equivalentes pela viagem A forma de deslocamento de pessoas e bens é uma questão que envolve apenas o modo como isso vai acontecer seja de ônibus a pé de carro etc Essa decisão está firmada em atributos como tempo velocidade eficiência custo segurança e conveniência Os sistemas de transporte principal objeto de estudo da Engenharia de Transportes consistem em quatro elementos básicos que interagem com as pessoas e os bens bem como com o ambiente em que esses componentes se deslocam Esses elementos são definidos da seguinte forma Conexões corresponde à infraestrutura que conecta dois ou mais pontos como rodovias dutos hidrovias ferrovias etc Veículos são os meios de locomoção das pessoas e dos bens de um ponto de origem a um ponto de destino como carros ônibus navios aeronaves etc 8 Terminais pontos de origem e destino das viagens onde os veículos são carregados e em seguida descarregados como portos aeroportos estacionamentos paradas de ônibus etc Gerenciamento e operação envolve as pessoas que constroem operam gerenciam e fazem a manutenção dos elementos citados acima 13 Fatores humanos e do ambiente Como vimos até aqui o sistema de transporte é composto por uma série de elementos que estão em constante interação com as pessoas usuárias ou não do sistema de transportes e com o meio ambiente Essa área de estudo busca compreender e projetar sistemas em que exista a interação pessoamáquina Na Engenharia de Transportes por exemplo os estudos buscam entender como os passageiros motoristas e pedestres interagem com os diversos veículos e com a infraestrutura como pistas terminais regras de trânsito etc Como a Engenharia de Transportes é uma ciência interdisciplinar grande parte dessas análises comportamentais combinam estudos que se originam nas áreas de medicina fisioterapia psicologia direito administração economia urbanismo mecânica computação topografia física etc Quando pensamos em um motorista por exemplo e nos fatores que podem influenciar seu comportamento é preciso pensar em quais aspectos de sua personalidade estamos tratando De forma geral é importante compreender que três fatores compõem a personalidade de um indivíduo no que envolve sua atividade dentro do sistema de transporte 1 Sua capacidade cognitiva natural ou seja sua capacidade de compreender e executar comandos regras e sinais no trânsito 2 As habilidades adquiridas através de aprendizado e informação que estão relacionadas à experiência do motorista e sua familiaridade com as normas de trânsito 9 3 A motivação e as atitudes individuais do motorista ou seja seu estado psicológico se ele possui uma direção mais agressiva e imprudente ou uma direção defensiva e cautelosa Essas características incorporam uma definição ampla do comportamento e da personalidade do motorista Mas ainda há fatores externos que podem afetar esse comportamento como uso de drogas eou álcool cansaço e até mesmo doenças uma vez que esses fatores externos atuam diretamente na percepção sensorial de qualquer indivíduo Antes de prosseguirmos façolhe um convite para refletir sobre sua própria percepção Considerando os nossos cinco sentidos visão audição tato olfato e paladar qual a influência que você imagina que eles têm enquanto estamos no trânsito Qual sentido tem uma participação maior Qual pode ser mais comprometido pelos fatores externos como cansaço doenças ou uso de álcool eou drogas Um dos principais sentidos que são usados pelos motoristas enquanto estão dirigindo um veículo e até mesmo pelos pedestres no geral é a visão Este é o sentido que nos permite perceber outros veículos pessoas estrutura informações e inúmeros outros elementos que estão presentes no trânsito No entanto outros sentidos ainda são muito importantes O tato por exemplo nos permite sentir as vibrações do pavimento e o controle do veículo A audição permite identificar os sons produzidos por outros veículos e elementos do trânsito O olfato permite principalmente a identificação de cheiros estranhos que podem ser um sinal de mal funcionamento ou problemas nos veículos O paladar no entanto é o único sentido pouco importante ao desempenhar tal atividade 10 A Figura 13 exemplifica a utilização de alguns sentidos no trânsito Fonte Sergeizubkov64 Pushish Images fongbeerredhot George Dolgikh Via Shutterstock Figura 13 Sentidos humanos e sua relação com o trânsito Como dito anteriormente a visão é um dos principais sentidos utilizados no trânsito pois permite a percepção do ambiente identificando aspectos como cores formas profundidade e movimento Esses aspectos afetam diretamente a reação do motorista diante de certas situações A percepção é o processo de extrair e compreender uma informação do ambiente e a reação consiste no processamento dessa informação e sua resposta Enquanto uma pessoa dirige ou se desloca por outros modos ela está constantemente percebendo o ambiente ao seu entorno o que as permite tomar uma decisão seja de andar mais rápido andar mais devagar alterar a rota para não tropeçar A percepção ocorre constantemente Agora considere a seguinte situação imagine que um automóvel está em uma via de baixo movimento próximo a propriedades rurais Então de repente o motorista vê um animal parado no meio da pista a alguns metros do veículo Após avistar o animal o motorista começa a frear o veículo para não causar um acidente Para entender o que aconteceu vamos dividir os eventos dessa situação Evento 0 o veículo está em velocidade uniforme Evento 1 o animal é avistado percepção no meio da pista Evento 2 o cérebro do motorista reconhece que é preciso desacelerar o veículo 11 Evento 3 O cérebro do motorista envia para o corpo reação os estímulos para pisar no freio e o motorista inicia a frenagem Evento 4 o veículo começa a desaceleração A Figura 14 ilustra a situação descrita acima e enumera os eventos citados Fonte Autor 2022 Figura 14 Situação de percepção e reação do motorista Você pode estar se perguntando o desfecho dessa história O que aconteceu com o veículo E com o animal Neste momento do nosso curso o objetivo é compreender o que é a percepção e a reação e quais fatores podem afetálas Futuramente quando tratarmos do processo de desaceleração dos veículos vamos compreender os processos e tempos que envolvem essa questão Por hora vamos trabalhar um pouco mais sobre as questões com base em e se E se o motorista estivesse em alta velocidade E se o motorista tivesse embriagado E se o motorista após um longo dia de trabalho estivesse exausto e sonolento E se o motorista estivesse enviando uma mensagem no celular Você deve ter reconhecido nessas reflexões elementos que são frequentemente tratados em campanhas de conscientização de trânsito O motivo pelo qual tais campanhas abordem tanto esses temas é que eles são os principais riscos para ocorrência de acidentes de trânsito Dirigir embriagado ou sob efeito de outras drogas 12 dirigir cansado eou usar o celular enquanto se dirige são comportamentos que afetam diretamente a percepção eou a reação de qualquer pessoa Além disso dirigir em alta velocidade diminui o tempo necessário para desacelerar o veículo ou tomar outro tipo de decisão Todos estes comportamentos são causadores de acidentes que muitas vezes são fatais A título de comparação o risco de acidentes entre motoristas que utilizam celular comparados aos que não o utilizam pode ser quatro vezes maior se o motorista estiver em uma chamada de voz ou até 23 vezes maior caso o motorista esteja enviando ou lendo mensagens de texto Por conta desse comprometimento da atenção que afeta diretamente nossa percepção e reação os órgãos fiscalizadores fazem campanhas para que não se reproduzam tais comportamentos nocivos no trânsito uma vez que eles comprometem a segurança não só dos motoristas mas dos passageiros e principalmente dos pedestres 14 Modos e Veículos de transporte Existem muitos modos de transporte como vimos no início do nosso bloco Porém a Engenharia de Transportes tem seus estudos focados principalmente em cinco deles os modos rodoviário ferroviário aéreo aquaviário e dutoviário além dos modos não motorizados que recebem grande atenção da área mesmo não compondo esse conjunto de cinco modos Cada modo possui uma série de especificidades que serão tratadas nos subtemas subsequentes O objetivo deste subtema é dar um panorama geral de todos os modos exemplificando alguns parâmetros e apontando os veículos que são utilizados em cada um 13 O modo rodoviário é o modo mais comum no Brasil e é desempenhado nas rodovias uma infraestrutura que pode ou não ser pavimentada O transporte rodoviário permite o deslocamento de passageiros e cargas Os principais veículos desse modo são os veículos automotores como caminhões ônibus e automóveis que podem ser vistos na Figura 15 Fonte Pixelci Cristian Silva Villalobos nitinut380 Via Shutterstock Figura 15 Principais veículos do transporte rodoviário O Quadro 11 apresenta uma visão geral do transporte rodoviário Quadro 11 Visão geral do transporte rodoviário Fonte Adaptado e traduzido de Lall 1990 14 O transporte aéreo é o modo de transporte mais seguro e mais rápido Este modo permite o deslocamento de pessoas e cargas a longas distâncias podendo cruzar longos trechos sobre a água em um intervalo curto de tempo Seus veículos são as aeronaves que podem realizar voos de companhias transportadoras aéreas muito grandes ou podem ser aeronaves menores em distâncias mais curtas Dois exemplos de aeronaves podem ser vistos na Figura 16 à esquerda uma aeronave de grande porte e à direita um helicóptero que é uma aeronave menor Fonte Przemyslaw Szablowski Kevin Porter Via Shutterstock Figura 16 Alguns exemplos de aeronaves do transporte aéreo O Quadro 12 apresenta uma visão geral do transporte aéreo Quadro 12 Visão geral do transporte aéreo Fonte Adaptado e traduzido de Lall 1990 15 O transporte ferroviário é um modo de transporte bem antigo desenvolvido a partir dos motores a combustão e explosão com o intuito de transportar diferentes tipos de cargas entre diversos terminais O transporte ferroviário atualmente pode transportar pessoas ou mercadorias em viagens intermunicipais interestaduais e até internacionais mas também pode fazer o transporte intraurbano A principal infraestrutura do modo ferroviário são as ferrovias em que uma locomotiva geralmente puxa um comboio de vagões de carga ou carros de passageiros Além disso também temos o transporte sobre trilhos intraurbano que utiliza carros de passageiros de diferentes tipos A Figura 17 apresenta um exemplo dos veículos utilizados nesses dois tipos serviço Fonte Boxcar Media Bruno Martins Imagens Via Shutterstock Figura 17 Exemplo de veículos ferroviários O Quadro 13 apresenta de maneira resumida os principais elementos do transporte ferroviário Quadro 13 Visão geral do transporte ferroviário Fonte Adaptado e traduzido de Lall 1990 16 O transporte aquaviário é o transporte que acontece em corpos dágua sejam eles lagos rios ou mares Esse modo de transporte permite que pessoas ou mercadorias se desloquem por longas ou curtas distâncias É um dos modos que possui a maior capacidade de carga quando se utilizam navios porém apresenta uma desvantagem devido a sua baixa velocidade que se traduz em maiores tempos de viagem O transporte aquaviário pode ser feito por navios barcaças ou hovercrafts exemplos desses três tipos de veículos podem ser vistos na Figura 18 Fonte Avigator Fortuner Ostranitsa Stanislav Simon J Beer Via Shutterstock Figura 18 Exemplos de veículos aquaviários Uma visão geral do transporte aquaviário pode ser vista no Quadro 14 Quadro 14 Visão geral do transporte aquaviário Fonte Adaptado e traduzido de Lall 1990 17 Um modo de transporte que recebe muita atenção da Engenharia de Transportes é o transporte dutoviário Esse modo de transporte é restrito ao transporte de carga que é deslocada via dutos ou canos dimensionados e projetados para cada tipo de carga Os principais exemplos de mercadorias transportados neste modo são petróleo e seus derivados grãos e gases Além do transporte dutoviário ainda há outros dois modos que são pouco discutidos mas que contribuem muito principalmente nas indústrias e nas questões de acessibilidade que são as esteiras e os cabos As esteiras ou correias permitem a movimentação de uma grande diversidade de mercadorias podendo ser elementos unitizados em caixas ou até mesmo a granel como ocorre em refinarias minerais Já os cabos estão relacionados principalmente a mudanças de níveis e definem a forma de deslocamento de elevadores por exemplo Exemplos de transporte dutoviário por esteiras e por cabos podem ser vistos na Figura 19 Fonte Kyle T Perry i viewfinder tanaworakit orantanaporn Via Shutterstock Figura 19 Exemplos de transporte dutoviário por esteiras e por cabos O Quadro 15 apresenta uma visão geral tanto do modo dutoviário quanto dos outros modos citados 18 Quadro 15 Visão geral do transporte dutoviário por correias e por cabos Fonte Adaptado e traduzido de Lall 1990 Outro modo que vem ganhando cada vez mais incentivo e atenção é o modo não motorizado Nele os deslocamentos são feitos por meio de propulsão humana podendo haver ou não um veículo ou por tração animal Este modo de transporte vem ganhando cada vez mais força por ser o modo mais sustentável com menores riscos de acidente e que traz menos prejuízos para os grandes centros urbanos uma vez que evita congestionamentos poluição etc Há três meios principais do transporte não motorizado o transporte a pé o transporte por algum veículo de propulsão humana como bicicleta patinetes que não sejam elétricos ou skate e os transportes por tração animal comuns em algumas regiões rurais e em situações de turismo e lazer Esses exemplos podem ser vistos na Figura 110 Fonte BABAROGA Ned Snowman Morrowind Via Shutterstock Figura 110 Exemplos de transportes não motorizados 19 Uma visão geral dos modos não motorizados é apresentada no Quadro 16 Quadro 16 Visão geral do transporte não motorizado Fonte Ferraz e Torres 2004 Como vimos anteriormente os sistemas de transporte se estruturam em conexões veículos terminais e sistemas de sinalização e operação Todos os elementos são muito importantes e devem ser analisados com cuidado ao formular planejar e operar o serviço independentemente do modo de transporte a ser considerado Os veículos um dos elementos fundamentais dos sistemas de transporte são os meios de locomoção de pessoas e bens de um ponto de origem a um ponto de destino como carros ônibus navios aeronaves etc utilizando as diferentes infraestruturas disponíveis para cada modo de transporte Para garantir o bom funcionamento do sistema de transporte preservando a integridade dos veículos das cargas e pessoas e da infraestrutura é importante que os profissionais envolvidos conheçam muito bem suas principais características como por exemplo dimensões pesos permitidos e desempenho As principais dimensões de um veículo são basicamente seu comprimento sua altura sua largura seu raio de giro e seus ângulos de entrada e saída Saber tais informações permite que se verifique se os terminais e rotas são compatíveis com o veículo 20 escolhido além de permitir o cálculo de sua capacidade e planejar a distribuição da carga a ser transportada Esse processo é fundamental para que acidentes como o mostrado na Figura 111 ocorrido em Vitória ES não aconteçam Fonte Beto Morais 2020 Figura 111 Acidente de trânsito causado pela falta de planejamento da rota considerando as dimensões do veículo Além disso é importante conhecer a capacidade e o peso de um veículo que vai muito além de saber a massa do veículo em si mas de fato conhecer seu peso bruto total a sua tara a lotação o quanto de carga paga pode ser transportada Esse planejamento pode evitar por exemplo que um caminhão seja carregado além da capacidade permitida por lei gerando novos custos devido a penalidades de trânsito por sobrepeso e em outros casos acidentes de trânsito gravíssimos Por fim também é fundamental conhecer as informações referentes ao desempenho que envolve a potência dos veículos o torque e o consumo de combustível Isso permite que as rotas sejam planejadas tendo em vista a necessidade de reabastecimento de acordo com o consumo do tanque de combustível Paradas programadas para reabastecer aeronaves são muito comuns por exemplo em viagens muito longas Ter o conhecimento dessas informações garante que terminais e vias sejam compatíveis com os veículos e que o processo de transporte de cargas e pessoas possa ser planejado de forma muito detalhada levando em conta além da capacidade a rota que será percorrida a fim de evitar acidentes e eventualidades que possam trazer custos financeiros e de tempo 21 15 Sistema rodoviário O transporte rodoviário é um dos modos de transporte terrestre que permite o deslocamento de pessoas e mercadorias A partir do desenvolvimento dos primeiros motores ao final do século XIX mais precisamente em 1866 foram desenvolvidos os primeiros automóveis quando Daimler e Benz produziram o primeiro modelo Fonte TTstudio Via Shutterstock Figura 112 Caminhões e carros se deslocando em uma rodovia Os automóveis se tornaram uma tendência tão forte que o século seguinte o século XX ficou marcado como o século do automóvel quando o veículo deixou de ser um artigo de luxo passando a ser mais acessível a diferentes classes sociais Essa tendência foi reforçada no Brasil por volta da década de 1950 com o então presidente Juscelino Kubitschek que incentivou a criação de uma malha rodoviária densa o que fez com que o modo rodoviário se destacasse até os dias atuais como o modo de transporte mais forte do Brasil A Figura 113 apresentada mais à frente reforça esse argumento Em termos econômicos o modo rodoviário possui um baixo custo fixo já que o processo de construção das rodovias é relativamente barato o que representa um baixo investimento inicial Porém os custos de manutenção e operação que são custos variáveis são maiores devido ao valor do combustível que está diretamente 22 ligado à variação do preço do petróleo à baixa capacidade de transporte de cargas e à frequência da manutenção dos veículos Além disso este modo de transporte está sujeito muitas vezes a engarrafamentos pavimentos danificados e riscos de roubo e perda de cargas que acabam trazendo prejuízos que tornam o sistema mais caro Porém ao mesmo tempo que o transporte rodoviário apresenta muitas desvantagens principalmente do ponto de vista econômico também há diversos pontos positivos entre eles a possibilidade de fazer o transporte porta a porta e possuir uma grande flexibilidade de escolha de rotas e horários o que também garante maior agilidade e rapidez na entrega de mercadorias Em 2021 a Confederação Nacional do Transporte CNT levantou que o Brasil possuía 1720700 km de malha rodoviária Deste número apenas 124 cerca de 213452 km são pavimentados com revestimentos asfálticos ou de concreto e 785 cerca de 1349938 km não são pavimentados enquanto cerca de 91 têm o processo de pavimentação planejado CNT 2021 A extensão da malha rodoviária brasileira pode ser vista na Figura 113 Fonte Brasil 2019 Figura 113 Malha rodoviária brasileira 23 Os principais órgãos reguladores e fiscalizadores do transporte rodoviário são a nível federal a Agência Nacional de Transportes Terrestres ANTT Departamento Nacional de Estradas e Rodagem DNER Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT e o Conselho Nacional de Trânsito Contran A nível estadual temos o Departamento Estadual de Trânsito Denatran Departamento Estadual de Estradas DER e o Conselho Estadual de Trânsito Cetran A nível municipal atuam as agências fiscalizadoras pertencentes a cada município podendo ser autarquias ou outras entidades 16 Sistema hidroviário O sistema hidroviário que também pode ser chamado de aquaviário é o terceiro modo de transporte mais utilizado no Brasil Fundamentalmente seu deslocamento é feito nas hidrovias que podem estar em lagos canais mares e rios Este modo pode transportar pessoas ou mercadorias conectandoos entre terminais portuários Os veículos ou embarcações que realizam esses transportes podem ser barcos navios e balsas Esse tipo de transporte pode ser classificado em três grandes grupos marítimo fluvial e lacustre O transporte marítimo é aquele feito nos mares e pode ser de dois tipos de cabotagem quando é realizado ao longo de uma única costa ou de longo curso quando conecta duas costas Já o transporte fluvial é realizado em rios enquanto o transporte lacustre é realizado em lagos Os três tipos são apresentados na Figura 114 Fonte tennis APAES apiguide Via Shutterstock Figura 114 Tipos de transporte hidroviário respectivamente da esquerda para direita lacustre fluvial e marítimo 24 Além da classificação quanto ao local em que acontece o transporte aquaviário também pode ser categorizado quanto a seu objetivo comercial podendo ser mercante quando transporta cargas e passageiros industrial quando realiza pesca instalação de oleodutos etc ou de serviço quando realiza serviços especializados como reboque e abastecimento de outras embarcações É importante ressaltar que o transporte hidroviário é um dos principais sistemas no transporte de carga devido à capacidade de acomodar diferentes tipos de mercadorias As cargas transportadas neste modo podem ser segundo Valente 2018 Carga geral break bulk cargas não padronizadas ou homogêneas que são acomodadas individualmente nos veículos dificultando o processo de carga e descarga Carga unitizada cargas não padronizadas ou homogêneas que são acomodadas em unidades maiores como contêineres facilitando a carga e descarga das mercadorias Carga a granel bulk cargo são cargas homogêneas podendo ser nos estados sólido líquido ou gasoso como soja milho minério petróleo etc Carga rolante RollonRolloff cargas que embarcam e desembarcam dos navios rolando por meio de suas próprias rodas ou esteiras ou equipamentos especializados o principal exemplo são veículos carros tratores caminhões Cargas de projetos são cargas que não podem ser alocadas em contêineres por extrapolar a capacidade em peso ou dimensão exigindo um sistema logístico robusto para carregar e descarregar Cargas especiais cargas extraordinárias que fogem às outras classificações como plataformas de petróleo navios danificados etc Algumas das vantagens do sistema aquaviário estão relacionadas a segurança da carga com baixos índices de perda ou roubo possibilidade de operar 24h por dia uma vez que as vias não são congestionadas eficiência de transporte do ponto de vista de 25 carga e descarga consumo energético vida útil mais longa tanto da infraestrutura quanto das embarcações e pouca emissão de poluentes Quanto às desvantagens estas são as limitações impostas pela natureza como o curso de rios a topografia dos corpos dágua e os efeitos meteorológicos a velocidade de deslocamento muito baixa os terminais geralmente congestionados o investimento inicial alto na frota de embarcações e na construção de portos e terminais além de poder provocar o assoreamento em rios diminuindo sua profundidade e causando outros problemas ambientais e socioeconômicos Geralmente as vias para este modo de transporte não são materializadas mas é importante se atentar a alguns aspectos a fim de evitar intercorrências no transporte como os raios de curva a declividade do terreno e a velocidade da água as dimensões da via tanto profundidade quanto largura Em 2021 um caso ficou mundialmente conhecido quando um navio cargueiro de 400 m de comprimento e 220 mil toneladas da companhia Evergreen ficou encalhado no Canal de Suez durante seis dias impedindo que outras embarcações passassem pelo canal Para solucionar a situação foi necessário que equipes de engenharia atuassem para permitir a volta do fluxo de embarcações na região O transporte hidroviário requer também a existência de seus próprios terminais geralmente chamados de portos Os portos podem ser de diferentes tipos artificial ou natural marítimo salientes à costa encravados em terra ou ao largo ou interior fluvial ou lagunar comerciais militares de lazer ou serviço além de outras classificações ligadas à sua atividade e aos serviços prestados A rede aquaviária brasileira movimentou em 2020 cerca de 115 bilhões de toneladas de cargas entre elas cargas sólidas líquidas e gasosas a granel cargas em contêineres e cargas gerais Dentre os tipos 8096 milhões de toneladas de carga foram transportados por navegação a longo curso e 2717 milhões de toneladas se movimentaram via cabotagem 26 A infraestrutura aquaviária do Brasil conta com 38 portos públicos quatro fluviais e 34 marítimos administrados por diferentes entidades Apesar de haver grande potencial 43000 km de rede hidroviária com potencial navegável a rede fluvial é pouco utilizada para transporte de cargas e passageiros apenas 27000 km são de fato navegadas e na prática somente 10000 km são utilizados regularmente Isso pode ser justificado por conta de um maior desenvolvimento econômico nas regiões litorâneas de uma legislação confusa quanto a essa atividade da falta de políticas e financiamento no setor e da falta de consenso em relação aos usos PADILLO SILVEIRA TORRES 2020 Um mapa com a malha hidroviária brasileira pode ser observado na Figura 115 Fonte Brasil 2019 Figura 115 Malha Hidroviária No Brasil a Agência Nacional de Transportes Aquaviários ANTAQ é a principal instituição responsável pelo transporte aquaviário sendo que o DNIT também tem participação na fiscalização de hidrovias 27 17 Sistema ferroviário O transporte ferroviário é um modo de transporte terrestre que transporta pessoas ou cargas Sua operação é dada em vias férreas chamadas de ferrovias que conectam terminais ferroviários e até mesmo terminais de outros modos de transporte como portos marítimos Os veículos no transporte ferroviário consistem basicamente em vagões transporte de carga ou carros transporte de passageiros que são puxados por locomotivas A Figura 116 mostra um exemplo de um trem de carga e um trem de passageiros Fonte OlegRi NGCHIYUI Via Shutterstock Figura 116 Exemplos de transporte ferroviário de carga e de passageiros O surgimento da primeira locomotiva e das ferrovias surpreendentemente se deu em momentos diferentes As railroads livremente traduzido como vias de trilhos surgiram há muitos e muitos anos sendo originalmente usadas para transporte de cargas utilizando veículos de tração humana ou animal sobre trilhos de madeira Com o passar dos anos as técnicas foram se aprimorando os materiais foram sendo substituídos até chegar aos trilhos de aço que caracterizam a ferrovia As locomotivas por sua vez surgiram no início do século XIX em decorrência das primeiras máquinas a vapor com o objetivo de transportar cargas e passageiros A primeira locomotiva que surgiu em 1804 na Inglaterra era movida a vapor e tinha capacidade de transportar algumas toneladas a uma velocidade ainda muito baixa cerca de 8 kmhora 28 Com o passar do tempo o volume de carga a ser transportado foi aumentando conforme havia aumento da demanda pelo transporte O modo se consolidou primeiramente na Europa com o grande avanço no desenvolvimento das ferrovias decorrente do período da Revolução Industrial O modo ferroviário então se consolidou no mundo inteiro como o principal modo de transporte terrestre devido a sua eficiência e capacidade mas essa predominância chegou ao fim no século XX com o surgimento dos automóveis PADILLO SILVEIRA TORRES 2020 Atualmente o transporte ferroviário é um dos principais modos de transporte de cargas a granel de baixo valor agregado como minérios grãos cimentos adubos e diversos outros materiais e contêineres Isso se deve em grande parte a sua capacidade de transportar cargas de grande volume e peso Quanto ao transporte urbano o sistema ferroviário é utilizado principalmente como transporte em massa em regiões de alta demanda A grande desvantagem do transporte ferroviário está em seu custo a curto prazo A construção de ferrovias é algo extremamente dispendioso devido a uma série de exigências topográficas que acarretam custos de terraplenagem drenagem obras de artes como pontes e túneis desapropriação além de haver um gasto muito grande com locomotivas e vagões Porém a longo prazo o investimento no transporte ferroviário se mostra como algo vantajoso uma vez que a manutenção tem uma frequência muito menor quando comparado às rodovias além de um consumo de combustível menor e menores riscos de acidentes As ferrovias são um tipo de infraestrutura complexa e são caracterizadas principalmente por sua bitola De forma simplificada a bitola é a distância entre as faces internas dos trilhos As bitolas podem ser de diferentes dimensões No Brasil as mais comuns são a bitola métrica ou estreita de 100 m a normal de 1435 m e a bitola larga de 1600 m Algumas ferrovias também podem ter bitola mista quando há mais de uma dimensão na via férrea 29 A Figura 117 exemplifica a bitola e as diferentes dimensões Fonte Planeta Ferrovia 2014 Figura 117 Bitolas das vias férreas No Brasil 73 das vias férreas possuem a bitola métrica 8 possuem a bitola padrão em algumas ferrovias do estado do Amapá e em algumas linhas do metrô de São Paulo e Salvador e 27 possuem a bitola larga localizadas principalmente no Sudeste O desenvolvimento das ferrovias brasileiras se iniciou ainda no período imperial acompanhando o desenvolvimento do setor em todo o mundo A primeira ferrovia concluída de fato foi a Estrada de Ferro Mauá em 1854 com 145 km de extensão As ferrovias brasileiras foram responsáveis pelo escoamento de produtos agrícolas e minerais do Brasil levandoos das regiões interiores para os portos marítimos A expansão da malha foi feita de maneira descoordenada e desorganizada que resultou em um país com um sistema ferroviário desconexo já que existem cerca de oito bitolas diferentes na malha brasileira Com o desenvolvimento das rodovias no país as ferrovias deixaram de receber investimentos O CNT registou em 2020 que havia 2988 locomotivas e 98097 vagões operando no país Essa frota movimentou cerca de 3651 bilhões de toneladas por quilometro útil Além disso houve um crescimento na frota de 72 carros de passageiros 1672 vagões e 29 locomotivas O Brasil nos dias atuais conta com uma malha de 29637 km de ferrovias distribuídas como é mostrado na Figura 118 CNT 2021 30 Fonte Brasil 2019 Figura 118 Malha ferroviária brasileira A ANTT além de ser responsável pela regulação e fiscalização do transporte rodoviário também é responsável pelo serviço no transporte ferroviário além disso a VALEC e o DNIT também fazem parte do grupo de instituições de investigação e fiscalização 18 Sistema aeroviário O transporte aeroviário é aquele que acontece no ar nas chamadas aerovias Pelo transporte aéreo é possível deslocar cargas e pessoas Seus principais veículos são as aeronaves A história do transporte aéreo é bem antiga Leonardo da Vinci ainda no século XV desenvolveu alguns esboços que hoje se assemelham aos paraquedas e helicópteros mas que nunca saíram do papel 31 Os primeiros aviões e aeronaves só foram surgir no século XX Em 1903 o primeiro voo a uma altura de 37 metros com duração de 12 segundos foi realizado nos Estados Unidos pelos irmãos Wilbur e Orville Wright quando catapultaram uma aeronave No entanto o primeiro voo de forma autônoma foi em 1906 quando o brasileiro Alberto Santos Dumont conseguiu sobrevoar com o avião 14Bis a distância de 60 metros a uma altura de 80 metros do solo de forma totalmente autônoma Uma réplica do 14Bis localizada em um museu de Lisboa pode ser vista na Figura 119 Fonte joaosgodinho Via Shutterstock Figura 119 Réplica do 14Bis Ao longo da Primeira e da Segunda Guerra Mundial a aviação se desenvolveu cada vez mais Isso culminou para que atualmente o transporte aéreo seja considerado o mais rápido e moderno modo de transporte Hoje em dia os principais meios de transporte aéreo são os aviões e os helicópteros que conectam passageiros e cargas a diferentes terminais aeroportos Um dos principais motivos para que o transporte aéreo seja considerado o modo de transporte mais moderno é sua capacidade de percorrer longas distâncias em um curto espaço de tempo No entanto o transporte aéreo possui uma baixa capacidade de transporte de carga devido ao peso da aeronave isso juntamente com os altos custos de operação das aeronaves e dos aeroportos faz com que o transporte aéreo ainda seja um transporte muito caro 32 O transporte aéreo pode ser classificado de diferentes formas de acordo com o nível de atuação Há dois tipos principais de linhas aéreas as internacionais e as domésticas que podem ser regionais ou nacionais As linhas domésticas regionais conectam pequenas e médias cidades servindo como linhas alimentadoras de outras linhas mais robustas As linhas domésticas nacionais estão presentes em cidades maiores e com maior participação econômica As linhas internacionais conectam aeroportos de diferentes países e nelas circulam geralmente aeronaves de grande porte Em 2020 o CNT informou que havia 22409 aeronaves registradas Talvez como um dos reflexos da pandemia global de Covid19 em 2020 foram registrados 4654 mil voos um número alto porém 51 a menos que em 2019 quando foram registrados 9507 mil voos Esses voos transportaram cerca de 519 milhões de passageiros pagantes e 7224 milhões de toneladas de carga paga e correios CNT 2021 O transporte aéreo é o modo menos utilizado no Brasil e a Figura 120 apresenta a distribuição de aeroportos no país Fonte Brasil 2019 Figura 120 Aeroportos brasileiros 33 Os órgãos responsáveis pela regulação do serviço aéreo no Brasil são a Agência Nacional de Aviação Civil ANAC a International Air Transport Association IATA a Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária INFRAERO a Secretaria de Aviação Civil da Presidência da República SACPR e o Ministério dos Transportes Portos e Aviação Civil 19 Sistema dutoviário O sistema dutoviário é o modo de transporte responsável pelo deslocamento de diferentes cargas através de canos dutos que compõem a dutovia Dentre os modos tratados na disciplina até o momento o modo dutoviário é o único que transporta somente cargas Os principais produtos transportados são derivados do petróleo derivados da mineração gases e grãos Os dutos que fazem este transporte são preparados especificamente para cada tipo de material que será transportado A gravidade ou uma força de a pressão ou um elemento de arraste geram as forças de propulsão que permitem o movimento das cargas dentro desse sistema Os dutos se conectam entre terminais dutoviários ou terminais multimodais e são característicos por serem um sistema extremamente econômico com velocidade lenta mas com capacidade de funcionamento 24h por dia Os dutos podem ser classificados de acordo com o material que é transportado por exemplo os oleodutos que transportam petróleo e seus derivados mas também outros produtos líquidos os gasodutos que transportam gases de diferentes naturezas e os minerodutos que transportam materiais sólidos derivados da mineração como minério de ferro Os dutos deste modo de transporte podem ser feitos de aço concreto armado PVC alumínio cobre e outros materiais a depender do material do duto e o material que será transportado considerando que a relação entre eles não favoreça o desgaste e a deterioração rápidos 34 Vale ressaltar que o maior gasoduto da América Latina transporta gás natural entre a Bolívia e o Brasil também conhecido como Gasbol Essa rede conta com 3150 km de extensão partindo de Santa Cruz de la Sierra na Bolívia e chegando a Porto Alegre no sul do Brasil A Figura 121 apresenta um mapa da rede dutoviária da Gasbol Fonte Passos 1998 Figura 121 Mapa da rede Gasbol O sistema dutoviário do Brasil surgiu na década de 1950 e é pouco utilizado no país quando comparado ao resto do mundo Há poucas informações estatísticas quanto aos volumes de carga que são transportados e à infraestrutura disponível mas estimase que apenas 4 das cargas do país sejam transportadas por dutovias A gestão do sistema é de responsabilidade da ANTT e da Agência Nacional do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis ANP 35 A Figura 122 apresenta um mapa da distribuição da rede dutoviária no Brasil Fonte Brasil 2019 Figura 122 Malha dutoviária brasileira 110 Transporte não motorizado Os transportes não motorizados são aqueles cujos deslocamentos são feitos por propulsão humana ou tração animal Os principais meios de transporte do modo não motorizado são o transporte a pé o transporte por bicicleta skate patins patinete que não seja elétrico ou os transportes de tração animal Esse sistema recebe grande atenção das políticas públicas de todo o mundo que buscam incentivar os deslocamentos por esse modo apesar da maior parte das cidades brasileiras mostrar o contrário O principal motivo dessa preocupação é que no mundo inteiro o deslocamento a pé é o principal meio de transporte por conta de sua universalidade Mesmo que uma pessoa passe a maior parte de sua viagem em um veículo em algum momento ela 36 voltará a ser pedestre seja para percorrer pequenas distâncias ou complementar as suas viagens Muitas vezes os pedestres ou ciclistas principalmente no ambiente urbano precisam compartilhar a infraestrutura dos automóveis Porém há determinadas infraestruturas dedicadas a este modo de transporte como as calçadas e os calçadões para o transporte a pé e as ciclovias ciclofaixas faixas compartilhadas etc Porém nem sempre as cidades oferecem tais infraestruturas com boa qualidade ou até mesmo não as oferecem de forma alguma o que faz com que ciclistas e pedestres precisem compartilhar o espaço com veículos automotores mobiliário urbano e outros elementos inadequados presentes no caminho Quantas vezes você enquanto andava a pé teve que desviar de algum obstáculo que impedia seu caminho em uma calçada No Brasil as calçadas geralmente não seguem um padrão construtivo e muitas vezes são ocupadas por elementos de comércio bares e restaurantes ou até mesmo por restos de construção e amontoados de lixo que impedem a passagem das pessoas naquele local como é mostrado na Figura 123 Fonte Joa Souza Via Shutterstock Figura 123 Calçada tomada por lixo em Salvador BA 37 Nessas situações os pedestres e ciclistas precisam se deslocar nas ruas em meio a veículos o que acaba trazendo riscos para sua própria vida e para o trânsito correndo o risco de gerar acidentes e situações imprevisíveis Os principais motivos para incentivar o transporte não motorizado está na questão da sustentabilidade da sociedade de uma forma geral Todos os sistemas de transporte tratados até aqui têm como um subproduto alguma forma de poluição seja ela do ar do solo das águas ou até mesmo visual e sonora Uma das maiores vantagens do ponto de vista ambiental é que o transporte ativo seja a pé por bicicleta ou qualquer outro modo não tem como um efeito colateral a poluição do ambiente Além disso esse modo de transporte contribui na diminuição de congestionamentos e acidentes quando todos respeitam as regras de trânsito e aumentam a acessibilidade e a mobilidade das pessoas Por estes motivos muitas cidades têm incentivado cada vez mais a construção de ciclovias e a readequação das vias automotivas de forma a favorecer o transporte não motorizado Conclusão No primeiro bloco dessa disciplina você foi apresentado às noções gerais da Engenharia de Transportes uma ciência interdisciplinar presente em diferentes áreas de estudo e que é feita com um conjunto de conhecimentos de profissionais muito variados Neste bloco você também viu os conceitos básicos ligados ao comportamento do ser humano no trânsito e lhe foi apresentado os conceitos de percepção e reação dois elementos muito importantes para estudar os processos que acontecem no trânsito Outro importante conceito apresentado foi o do Transporte como um sistema que trata o transporte como um conjunto formado por elementos que precisam se deslocar além de conexões veículos terminais e normas de operação sendo o produto deste sistema o próprio deslocamento Além disso vimos neste mesmo bloco que a Engenharia de Transportes tem seus estudos focados em cinco principais modos de transporte rodoviário ferroviário 38 aeroviário aquaviário e dutoviário sendo ainda importante mas fora desse conjunto o modo não motorizado As especificidades de veículos infraestrutura terminais e principais elementos que são transportados foram apresentadas para cada modo de transporte trazendo também o contexto brasileiro para a situação modal de cada um deles Nos próximos blocos vamos nos aprofundar um pouco mais em alguns dos modos de transporte compreendendo as noções básicas de deslocamento operação de veículos e infraestrutura dos modos de transporte tratados aqui REFERÊNCIAS BRASIL Ministério da Infraestrutura Rodovias Federais Govbr 29 abr 2019 Disponível em httpswwwgovbrinfraestruturaptbrassuntosconteudorodovias brasileiras Acesso em 29 abr 2022 CAMINHÃO fica destruído ao bater em viaduto de Vitória Tribuna Online Vitória 11 jan 2020 Disponível em httpstribunaonlinecombrtransitocaminhaofica destruidoaobateremviadutodevitoria59486 Acesso em 30 abr 2022 CNT Anuário CNT do Transporte Estatísticas consolidadas 2021 Disponível em httpsanuariodotransportecntorgbr2021Inicial Acesso em 18 nov 2022 FERRAZ Antônio Clóvis Coca Pinto TORRES Isaac Guillermo Espinosa Transporte Público Urbano 2 ed São Carlos SP RiMa 2004 LALL B Kent KHISTY C Jotin Transportation engineering an introduction New Delhi Prentice Hall of India 2007 PASSOS Maria de Fátima Salles Abreu Gasoduto BolíviaBrasil 1998 Disponível em httpswwwecencomeee10gasphtm Acesso em 30 abr 2022 PLANETA FERROVIA Bitola Ferroviaria 2014 Disponível em httpplanetaferroviablogspotcom201401bitolasferroviariashtml Acesso em 29 abr 2022 39 RUIZPADILLO Alejandro SILVEIRA Caroline Alves da TORRES Tânia Batistela Sistemas de transporte introdução conceitos e panorama Cachoeira do Sul RS UFSMCS 2020 Disponível em httpsbitly3EnuzbZ Acesso em 18 nov 2022 VALENTE Amir Mattar Sistema de Transporte Notas de aula 20181 Florianópolis UFSC 2018 p 302 Disponível em httpsppgtgufscbrfiles201410Sistemasde Transportes20181pdf Acesso em 18 nov 2022 Bibliografia Complementar ALBANO João Fortini Vias de transporte Porto Alegre Bookman 2016 Ebook ALFREDINI Paolo ARASAKI Emilia Engenharia portuária a técnica aliada ao enfoque logístico São Paulo Blucher 2013 Ebook ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 7187 Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido Procedimento Rio de Janeiro ABNT 2003 Ebook CAMPOS Vânia B G C Planejamento de transportes conceitos e modelos Rio de Janeiro Interciência 2013 Ebook CASTRO Pery Cesar Gonçalves Concreto asfáltico para rodovias Porto Alegre EDIPUCRS 2015 Ebook FERNANDES Elton T Transporte aéreo no Brasil uma visão de mercado Rio de Janeiro Elsevier 2016 Ebook FRACASSI Geraldo Proteção de rios com soluções Maccaferri São Paulo Oficina de textos 2017 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração multimodal São Paulo Cengage 2012 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração modal São Paulo Cengage Learning 2012 Ebook MCCORMAC Jack et al Topografia 6 ed Rio de Janeiro LTC 2017Ebook 40 MEDINA Jaques MOTTA Laura Maria Goretti Mecânica dos pavimentos 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2015 Ebook PAVELSKI Luziane M Gestão de sistema de transporte público na atualidade Curitiba Intersaberes 2020 Ebook PENN Michael R Introdução à infraestrutura para engenharia civil e ambiental Rio de Janeiro LTC 2017 Ebook PINTO Salomão Pavimentação asfáltica conceitos fundamentais sobre materiais e revestimentos asfálticos Rio de Janeiro LTC 2018 Ebook SANTOS Silvio Transporte ferroviário história e tecnicas Sao Paulo Cengage Learning 2011 Ebook SARACENI Pedro Paulo Transporte marítimo de petróleo e derivados 2 ed Rio de Janeiro Interciência 2012 Ebook SCHLUTER Mauro Roberto Sistemas logísticos de transportes Curitiba Intersaberes 2013 Ebook SCHIRATO Vitor Rhein AGUILLAR Fernando Heren coord Transportes aquaviários São Paulo Saraiva 2012 Ebook STEFLLER Fábio Via permanente aplicada guia teórico e prático Rio de Janeiro LTC 2013 Ebook TULER Marcelo SARAIVA Sérgio Fundamentos de Topografia Porto Alegre Bookman 2014 Ebook VALENTE Amir Mattar et al Qualidade e produtividade nos transportes 2 ed São Paulo Cengage 2015 Ebook 41 2 TRANSPORTE FERROVIÁRIO Apresentação No primeiro bloco da disciplina de Engenharia de Transportes tivemos uma apresentação dos conceitos básicos dos sistemas de transporte e dos modos de transporte Neste bloco nossa atenção será voltada a um desses modos o modo de transporte ferroviário O modo ferroviário é um dos cinco principais modos de transporte capaz de transportar cargas e pessoas entre diferentes terminais Suas atividades acontecem sobre uma ferrovia que é a principal infraestrutura ferroviária Ao longo do segundo bloco da nossa disciplina vamos compreender as questões básicas da infraestrutura das ferrovias identificando seus elementos materiais características e funções Em seguida veremos as questões de movimentação dos veículos ferroviários identificando e calculando as forças que atuam sobre uma locomotiva em movimento A partir desses conceitos passamos à determinação de outros processos e informações importantes do modo ferroviário relacionados à frenagem ao consumo de combustível e até mesmo ao comprimento máximo de um trem Os conceitos e cálculos aqui apresentados são baseados nos estudos de grandes nomes da Engenharia de Transporte e da Engenharia Ferroviária como Hay 1982 e Setti 2002 21 Ferrovias A ferrovia é uma das principais infraestruturas para o transporte ferroviário ela oferece o suporte físico para que as locomotivas os vagões e os carros possam se deslocar entre os terminais De forma geral uma ferrovia é formada por dois elementos a infraestrutura e a superestrutura A infraestrutura ferroviária consiste nas obras necessárias para construção da linha férrea enquanto a superestrutura se constitui pela plataforma ferroviária e pela via 42 permanente Os detalhes e a composição desses elementos serão o principal assunto deste subtema A infraestrutura ferroviária é o conjunto de obras realizadas antes da construção da linha férrea Dentre as obras que são necessárias estão as obras de terraplenagem as obras de arte corrente e as obras de arte especiais As obras de terraplenagem são aquelas que envolvem a adequação do terreno para obtenção do greide que é o perfil longitudinal de uma estrada Nessas obras estão envolvidas todas as movimentações de terra por meio dos cortes e aterros As obras de arte correntes são aquelas que estão relacionadas a projetos padronizados e estão relacionadas à drenagem da via Podem ser classificadas como superficiais quando se trata de sarjetas valetas descidas dágua bacias de dissipação bueiros e pontilhões podem ser profundas quando envolvem drenos longitudinais espinhas de peixe ou colchões drenantes e podem ser subhorizontais quando utilizam dos drenos subhorizontais de taludes As obras de arte especiais são aquelas que possuem um projeto de engenharia específico como pontes pontilhões viadutos túneis contenções de talude e passagens superiores e inferiores travessias linhas de condução de energia ou tubulações A superestrutura se constitui da plataforma ferroviária e da via permanente que estão sujeitas ao desgaste oriundo do tráfego dos veículos e da ação do clima Devido a essa exposição a superestrutura é projetada de forma que manutenções e até mesmo a substituição de elementos possam ser executadas sem muitas dificuldades A Figura 21 apresenta um corte da seção transversal de uma ferrovia qualquer e nela é possível identificar os elementos que compõem a infraestrutura e os elementos que fazem parte da superestrutura 43 Fonte Neto 2019 Figura 21 Seção transversal da ferrovia A plataforma ferroviária é o elemento executado após a finalização das etapas de infraestrutura ou seja no terreno que já passou pela terraplenagem Sobre ela é colocada a superestrutura Dessa forma seu papel é dar suporte à via recebendo os esforços do tráfego e das demais instalações necessárias para a ferrovia A plataforma se constitui por solos naturais ou tratados quando se localiza sobre o subleito ou em casos de obras de arte são feitas estruturas específicas para cada caso como pontes As dimensões das plataformas são variáveis conforme outros aspectos da via A via permanente por sua vez é composta por três elementos principais os lastros os dormentes e os trilhos O lastro se situa entre os dormentes e o sublastro e tem como função 1 a distribuição dos esforços para a plataforma 2 oferecer um suporte relativamente elástico para evitar um excesso de trepidações nos veículos 3 formar uma superfície contínua e uniforme para os trilhos 4 fixar os dormentes nos sentidos transversal e longitudinal e 5 facilitar a drenagem da superestrutura Os lastros podem ser de diferentes materiais os mais comuns são terra areia cascalho escória e pedra britada Os dormentes são os elementos da superestrutura que visam receber os esforços oriundos do tráfego e transferilos para o lastro além de servir como fixação para os 44 trilhos de forma a manter a bitola da ferrovia Os dormentes podem ser de madeira aço ou concreto Os trilhos são a superfície de rolamento das ferrovias é sobre eles que os veículos ferroviários se deslocam O trilho tem a função de dar apoio e guiar os veículos sobre a via Ao longo do tempo os trilhos tiveram formas comprimentos e seções variados que afetavam diretamente a carga que suportavam Cerca de 98 de um trilho é composto por ferro mas além do ferro ainda pode haver adição de carbono manganês e silício ou a presença indesejável de fósforo e enxofre Alguns desses elementos podem trazer diferentes propriedades ao sistema a depender da proporção por exemplo uma certa quantidade de carbono pode tornar o trilho mais resistente mas quantidades muito altas o deixam mais quebradiço No primeiro bloco da disciplina quando falamos da situação das ferrovias do Brasil tratamos brevemente das bitolas A bitola corresponde à distância existente entre as faces internas dos trilhos que é medida 16 mm abaixo da face superior do trilho chamada também de plano de rodagem A bitola pode ter diferentes dimensões no entanto a Conferência Internacional de Berna que ocorreu na Suíça em 1907 definiu a bitola de 1435 m como a bitola padrão internacionalmente Esse tipo de bitola é utilizado nas linhas férreas da maior parte dos países Além da bitola padrão há outros tipos de bitola a bitola métrica ou estreita com distância interna de 100 m e a bitola larga com 160 m entre os trilhos A escolha da bitola de uma ferrovia está ligada a aspectos econômicos e do traçado da via já que geralmente os veículos têm seus eixos compatíveis com um único tipo de bitola e a diversificação das bitolas da malha ferroviária pode levar a alguns contratempos como por exemplo a necessidade de baldeação das cargas nos pontos em que as bitolas mudam No Brasil 73 das vias férreas possuem a bitola métrica 27 possuem a bitola larga localizados principalmente no Sudeste e apenas 8 possuem a bitola padrão em algumas ferrovias do estado do Amapá e em algumas linhas de metrô de São Paulo e Salvador 45 22 Locomoção veicular A mobilidade das composições ferroviárias está diretamente atrelada às forças que atuam sobre elas e as normas de operação do sistema Enquanto a potência dos motores da locomotiva a inclinação das vias o peso das composições e diversos outros fatores exercem influência direta sobre as forças que ditam a velocidade e a aceleração dos comboios as regras de operação definem critérios de operação como a velocidade máxima permitida em um determinado trecho por exemplo A locomotiva é uma unidade da composição ferroviária responsável pela movimentação dos demais veículos da composição Para conseguir fazer isso a locomotiva transmite as forças produzidas em seus motores para as rodas chamadas rodas motrizes que produzem uma força de tração que é transmitida para os demais veículos por meio de engates Veículos ferroviários como metrôs e bondes não possuem locomotivas Nesses casos cada vagão ou carro conta com um ou mais motores que produzem essas forças de locomoção individualmente que permitem o movimento de todo o comboio Há diferentes forças que atuam sobre uma locomotiva Quando consideramos um trecho plano há uma força motriz ou de propulsão formando um vetor 𝐹𝑡 um conjunto de forças de resistência que quando somadas formam um vetor 𝑅 a força peso formando o vetor 𝐺 e as forças normais que formam os vetores 𝑁𝑓 e 𝑁𝑟 A Figura 22 apresenta o esquema de distribuição dessas forças sobre a locomotiva no trecho plano Fonte Setti 2002 p 2 Figura 22 Esquema de distribuição das forças sobre uma locomotiva em um trecho plano 46 Tendo em vista os sentidos destes vetores e suas direções é possível chegar a algumas relações básicas Se a diferença entre a força de propulsão e a resistência for maior que zero a locomotiva está acelerando 𝐹𝑡 𝑅 0 Se essa diferença for um valor negativo isso quer dizer que a locomotiva está desacelerando 𝐹𝑡 𝑅 0 Caso a força de propulsão e a resistência ao movimento sejam iguais quer dizer que o veículo está em sua velocidade de equilíbrio 𝐹𝑡 𝑅 0 23 Força de propulsão A movimentação de veículos de uma forma geral parte do princípio da transformação da energia dos motores nas forças de propulsão dos veículos Mas para entender como essa transformação acontece é importante retomarmos alguns conceitos importantes como trabalho 𝑊 e potência 𝑃 O trabalho produzido por uma locomotiva é compreendido como o produto de sua força motriz pelo seu deslocamento como é mostrado na equação 231 𝑾 𝑭𝒕 𝑺 Equação 231 Em que 𝑾 é o trabalho J 𝑭 é a força de propulsão N 𝑺 é o deslocamento m Pelas relações matemáticas e físicas sabemos que ao fazer a derivação do trabalho obtemos a potência Dessa forma tendo em vista a relação apresentada na equação 231 conseguimos inferir que a potência 𝑃 de uma locomotiva é dada pelo produto da força de motriz 𝐹𝑡 pela velocidade 𝑣 desenvolvida como é mostrado na equação 232 47 𝑷 𝒅𝑾 𝒅𝒕 𝑭𝒕 𝒅𝑺 𝒅𝒕 𝑭𝒕 𝒗 Equação 232 Em que 𝑷 é a Potência W 𝒗 é a velocidade ms Então a partir das equações 231 e 232 podemos obter a equação 233 que nos dá a força motriz em função da potência kW e da velocidade kmh 𝑭𝒕 𝟑𝟔𝟎𝟎 𝑷 𝑽 Equação 233 Em que 𝑷 é a Potência kW 𝑽 é a velocidade kmh 𝑭𝒕 é a força de tração N Porém na prática a potência dos motores é dada geralmente em cavalos horsepower ou hp dessa forma a equação 233 pode ser reescrita da seguinte forma 𝑭𝒕 𝟐𝟔𝟖𝟓 𝑷 𝑽 Equação 234 Em que 𝑷 é a Potência hp 𝑽 é a velocidade kmh 𝑭𝒕 é a força N A potência dos motores é utilizada para movimentar os veículos mas também é importante para acionar sistemas auxiliares como iluminação Porém devido à ineficiência do sistema uma parte dessa potência ainda é perdida Para determinar a parcela da potência em kW que é de fato transformada em força motriz utilizamos a eficiência da transmissão uma constante representada por ⴄ que costumeiramente consideramos como 081 Substituindo os valores na equação 233 temos 𝑭𝒕 ⴄ 𝟑𝟔𝟎𝟎 𝑷 𝑽 𝟐𝟗𝟏𝟔 𝑷 𝑽 Equação 235 48 A força que obtemos com a equação 235 é o que chamamos de esforço trator que é a propulsão de uma ou mais locomotivas que também é transmitido para os demais carros e vagões da composição Para determinar essa mesma força considerando a potência P em horsepower hp temos a equação 236 𝑭𝒕 𝟐𝟏𝟕𝟓 𝑷 𝑽 Equação 236 Porém é importante compreender uma parte fundamental da teoria Para haver movimento é necessário que haja atrito entre a roda e a via Imagine que a roda a partir da energia gerada no motor faça o esforço para se movimentar Esse esforço é realizado devido ao torque na roda que gera uma força de propulsão 𝐹𝑡 no ponto de contato entre a roda e a via Neste mesmo ponto existe uma outra força oposta a força de propulsão que é a força de aderência 𝐹𝑎 Para haver movimento é necessário que a força de propulsão seja inferior à força de aderência Caso o esforço trator seja maior que o atrito a roda irá patinar e não haverá nenhum movimento ou seja Se 𝑭𝒕 𝑭𝒂 a roda irá patinar e não haverá movimento Se 𝑭𝒕 𝑭𝒂 o atrito permite que o movimento aconteça O coeficiente de aderência é um valor que varia de acordo com as condições da via A Tabela 21 apresenta essas variações em conformidade com o estado do trilho Tabela 21 Variação do coeficiente de aderência Estado do trilho Aderência Totalmente seco e limpo 033 Lavado pela chuva 033 Seco e limpo 022 Seco 020 Molhado pela chuva 014 Úmido de orvalho 0125 Úmido e sujo 011 Sujo e com óleo 010 Fonte Adaptado de Hay 1982 49 Dessa forma a aderência com o trilho é um dos fatores determinantes para o movimento dos veículos sendo inclusive um dos fatores limitantes para a locomoção veicular A equação 237 indica como calcular a força motriz máxima para a locomotiva em função do coeficiente de aderência e do peso aderente da locomotiva 𝑭𝒕 𝒎𝒂𝒙 𝒇 𝑻𝒅 Equação 237 Em que 𝑭𝒕 𝒎𝒂𝒙 é a força motriz máxima N 𝒇 é o coeficiente de aderência adimensional 𝑻𝒅 é o peso aderente da locomotiva N O peso total de um veículo é dado pela soma do peso aderente e do peso morto O peso aderente é a força que é feita sobre as rodas motrizes e o peso morto é o peso que atua sobre as demais rodas 24 Resistência inerente ao movimento Na locomoção de qualquer veículo devemos considerar as forças de propulsão que fazem o veículo se deslocar mas também devemos considerar as forças que estão opostas a esse movimento que são as forças de resistência No processo de determinação da resistência ao movimento podemos considerar quatro forças contrárias ao movimento que possuem diferentes fontes Elas são resistência de rolamento resistência aerodinâmica resistência de rampa e a resistência de curva Neste subtema vamos tratar principalmente da resistência de rolamento e da resistência aerodinâmica que juntas compõem a resistência inerente ao movimento A resistência de rolamento tem sua origem nas deformações nos pontos de contato tanto nos trilhos quanto nas rodas dos veículos além de atritos internos do motor dos eixos dos mancais das rodas e dos trilhos que se dão pelo balanço das rodas no movimento e outros fatores A resistência aerodinâmica é a resistência ligada ao ar também podendo ser chamada de resistência de arrasto e está diretamente relacionada ao contato do veículo com a 50 atmosfera A resistência aerodinâmica está atrelada a alguns aspectos do veículo como sua seção transversal frontal seu comprimento a textura de sua superfície porém ela também depende da velocidade do vento a velocidade do movimento de todo o comboio e diversas outras variáveis A resistência inerente ao movimento está presente em qualquer trecho do deslocamento enquanto a resistência de rampa e de curva só aparecem nos trechos específicos que lhes dão o nome Para determinar a resistência inerente ao movimento é preciso determinar separadamente a resistência de rolamento e a resistência aerodinâmica A resistência de rolamento está relacionada às tecnologias empregadas na construção dos veículos ferroviários De forma simplificada um vagão de trem consiste em uma caixa a estrutura do vagão apoiada sobre dois truques o truque é um conjunto formado por rodas eixos e suspensões Os truques são os elementos responsáveis pela transferência da carga das caixas para os eixos Essas cargas são muito altas de aproximadamente 20 toneladas Os truques possuem um sistema de mancais que devido às altas cargas transportadas geram um atrito muito grande Para determinar a resistência de rolamento William S Davis Jr desenvolveu empiricamente em 1926 a fórmula de Davis que foi revisada e validada por outros autores nos anos seguintes Essa expressão está descrita na equação 241 𝑹𝒓 𝒄𝟏 𝒄𝟐 𝒙 𝑮 𝒄𝟑 𝑽 𝑮 Equação 241 Em que 𝑹𝒓 é a resistência de rolamento N 𝒙 é o número de eixos da locomotiva ou do vagão 𝑮 é o peso da locomotiva ou do vagão kN 𝑽 é a velocidade de operação kmh 𝒄𝟏 é a constante do efeito de deformação da roda e do trilho 𝒄𝟐 é a constante do efeito do atrito nos mancais 𝒄𝟑 é a constante do efeito do atrito entre o friso das rodas e dos trilhos 51 O efeito da deformação da roda e do trilho é considerado na constante 𝑐1 e é aproximadamente 065 Já o efeito do atrito nos mancais está ligado ao número de eixos multiplicado pela constante 𝑐2 geralmente considerada 125 Já a constante que equivale ao atrito ente o friso das rodas e do trilho varia conforme a velocidade da composição e os valores adotados para 𝑐3 podem ser 0009 para vagões de passageiros e locomotivas ou 0013 para vagões de carga A resistência aerodinâmica pode ser definida pela equação 242 𝑹𝒂 𝒄𝒂 𝑨 𝑽² Equação 242 Em que 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N 𝒄𝒂 é a constante do efeito aerodinâmico do vagão ou da locomotiva 𝑨 é a área frontal do veículo m² 𝑽 é a velocidade de operação kmh A resistência aerodinâmica considerada é calculada de uma forma simplificada pois outras variáveis como a direção do vento em relação ao trem a velocidade do vento o modelo do carro e diversos outros fatores deveriam ser levados em conta O motivo dessa simplificação é tornar o processo mais generalizado e válido para diferentes tipos de veículos O coeficiente aerodinâmico tem seu valor variável conforme as características dos veículos Os valores do coeficiente e da área frontal podem ser definidos como é mostrado na Tabela 22 Tabela 22 Variação do coeficiente de aerodinâmico dos veículos Locomotivas Veículo Área ca Aerodinâmica 9 11 m² 0031 Normal 9 145 m² 0046 Vagões Veículo Área ca Carga 75 85 m² 0009 Passageiros 10 11 m² 0006 Fonte Adaptado de Setti 2002 52 Por fim o valor da resistência inerente ao movimento pode ser definido pela equação 243 𝑹𝒕 𝑹𝒓 𝑹𝒂 Equação 243 Em que 𝑹𝒕 é a resistência inerente ao movimento N 𝑹𝒓 é a resistência de rolamento N 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N As equações aqui apresentadas são uma das diferentes formas de se calcular a resistência ao movimento sendo que há outras formas de fazêlo conforme as particularidades de diferentes localidades 25 Resistência de rampa A resistência ao movimento envolve as forças que agem de forma contrária ao movimento dos veículos ferroviários Como vimos anteriormente ela é composta por quatro diferentes resistências resistência de rolamento resistência aerodinâmica resistência de rampa e resistência de curva No subtema anterior vimos a resistência ao rolamento e a resistência aerodinâmica que juntas compõem a resistência inerente ao movimento Neste subtema vamos compreender o que é a resistência de rampa e como calculála A resistência inerente ao movimento sempre atua sobre a composição independente se o veículo estiver em um trecho de curva ou rampa De forma oposta a resistência de rampa só aparece em trechos inclinados por conta de uma componente da força peso decorrente da gravidade A resistência de rampa é causada pela ação da gravidade terrestre e é positiva quando o veículo está em um trecho de subida ou seja atua no sentido contrário ao movimento Na descida essa força é negativa atuando no sentido do movimento dessa forma não atua como uma resistência e sim como uma forma de propulsão para 53 o movimento que deve ser contida evitando o descontrole do veículo pelas forças de frenagem Um esquema de como a resistência de rampa é apresentada pode ser visto na Figura 23 Fonte Setti 2002 Figura 23 Ação da resistência de rampa sobre a locomotiva A rampa é geralmente expressa em porcentagem que indica o aumento da elevação em metros a cada cem metros e equivale à tangente do ângulo entre a rampa e o plano horizontal Por exemplo uma rampa de 2 significa que a cada metro que o veículo percorre há uma elevação de 2 cm As rampas das ferrovias são sempre muito suaves Para calcular o valor da resistência de rampa podemos considerar a equação 251 𝑹𝒈 𝑮 𝐭𝐚𝐧 𝜶 𝑮 𝒊 𝟏𝟎𝟎 Equação 251 Em que 𝑹𝒈é a resistência de rampa N 𝑮 é o peso total da locomotiva KN 𝜶 é o ângulo formado entre a rampa e o plano horizontal 𝒊 é a declividade da rampa ou m100m A equação 251 é válida quando consideramos o peso em Newtons mas geralmente por se tratar de veículos muito pesados o peso das locomotivas é dado em 54 quilonewtons kN Dessa forma com intuito de simplificação podemos considerar a resistência de rampa também conforme a equação 252 𝑹𝒈 𝑷 𝒊 𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑮 𝒊 𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎 𝑮 𝒊 Equação 252 Em que 𝑹𝒈 é a resistência de rampa kN 𝑮 é o peso total da locomotiva kN Ao comparar as resistências do movimento observamos que a resistência de rampa é a maior parcela entre elas Por exemplo um veículo A que precisa passar por uma rampa de 05 pode ter sua resistência de rampa correspondente a quase 70 da resistência total ao movimento Se essa rampa aumentasse de 05 para 20 essa resistência passaria para 90 da resistência total Ao perceber esse aumento na influência da resistência ao movimento é possível compreender por que devemos manter as rampas das ferrovias com baixas inclinações pois as rampas têm uma influência muito grande no movimento 26 Resistência de curva As forças que agem de forma contrária ao movimento dos veículos ferroviários são chamadas de resistência ao movimento que conforme visto anteriormente é composta por quatro diferentes resistências resistência de rolamento resistência aerodinâmica resistência de rampa e resistência de curva Nos subtemas anteriores vimos a resistência de rolamento e a resistência aerodinâmica que juntas compõem a resistência inerente ao movimento e a resistência de rampa Neste subtema vamos compreender o que é a resistência de curva e como calculála Como vimos a resistência inerente ao movimento está sempre atuando sobre a composição já a resistência de rampa só é exercida nos trechos inclinados A resistência de curva é semelhante à resistência de rampa apenas sendo exercida sobre o veículo nos trechos em curva 55 A resistência de curva é a soma de dois efeitos o atrito entre a roda e o trilho que é incrementado pela força centrífuga e pelo arrasto das rodas externas do truque ao fazer a curva A Figura 24 ilustra como a resistência de curva acontece no movimento do veículo ferroviário Fonte Setti 2002 Figura 24 Ação da resistência de rampa sobre a locomotiva A resistência de curva pode ser calculada pela equação 261 desenvolvida empiricamente que possui uma relação inversamente proporcional ao raio da curva 𝑹𝒄 𝟔𝟗𝟖 𝑮 𝒓 Equação 261 Em que 𝑹𝒄 é a resistência de curva N 𝑮 é o peso total da locomotiva kN 𝒓 é o raio da curva m Em rampas íngremes a resistência de curva pode afetar mais o movimento dos trens já que as composições são projetadas para exigir o máximo dos motores das locomotivas Dessa forma é interessante que haja uma compensação da rampa nas curvas reduzindo sua inclinação que consequentemente irá reduzir a resistência de rampa no movimento 56 Essa redução da resistência de rampa serve para que possa haver uma resistência de curva sem comprometer totalmente a resistência total Essa compensação garante maior eficiência da potência dos motores evitando a necessidade do trem em utilizar um esforço de tração adicional Geralmente a questão que envolve esses processos é Qual seria a reduçao de rampa necessária para compensar o efeito da curva de raio de X metros A solução parte do princípio de que a rampa original causaria uma resistência de rampa com a inclinação máxima 𝑅𝑔 𝑚𝑎𝑥 que deve ser sempre maior que a soma da resistência da curva proposta 𝑅𝑐 com a resistência da rampa com a inclinação 𝑅𝑔 como é mostrado pela equação 262 𝑹𝒈 𝒎𝒂𝒙 𝑹𝒈 𝑹𝒄 Equação 262 Caso isso não aconteça é necessário então reduzir a inclinação da rampa de forma que a condição apresentada na equação 262 se cumpra Com isso encerramos o processo de cálculo das resistências individuais no processo de locomoção ferroviária e podemos definir a resistência total ao movimento pela equação 263 𝑹 𝑹𝒓 𝑹𝒂 𝑹𝒈 𝑹𝒄 𝑹𝒕 𝑹𝒈 𝑹𝒄 Equação 263 Em que 𝑹 é a resistência total ao movimento N 𝑹𝒓 é a resistência de rolamento N 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N 𝑹𝒈 é a resistência de rampaN 𝑹𝒄 é a resistência de curva N 𝑹𝒕 é a resistência inerente ao movimento 𝑹𝒓 𝑹𝒂 N 57 27 Velocidade de Equilíbrio A movimentação dos veículos ferroviários se baseia em duas forças principais que atuam em uma mesma direção porém em sentidos opostos Essas forças são a força de propulsão 𝐹𝑡 e a resistência ao movimento 𝑅 Se a diferença entre as forças de movimento do veículo for diferente de zero 𝐹𝑡 𝑅 0 quer dizer que o veículo está acelerando ou desacelerando Se essa diferença for igual a zero 𝐹𝑡 𝑅 0 quer dizer que a composição está em velocidade constante Considere que um trem viaja por um trecho reto e plano ou seja sem rampas e curvas Quando a força de propulsão e a resistência ao movimento são iguais 𝐹𝑡 𝑅 quer dizer que o trem está em velocidade de equilíbrio Na velocidade de equilíbrio o trem se desloca em velocidade constante se a potência do motor se mantiver constante e se a resistência não se alterar com o surgimento de rampas ou curvas A resistência inerente ao movimento que vimos anteriormente ser calculada pela equação 243 deve ser calculada considerando o número de locomotivas e vagões como é mostrado na equação 271 𝑹𝒕 𝒏𝑳𝑹𝒓𝑳 𝒏𝑽𝑹𝒓𝑽 𝒏𝑳𝑹𝒂𝑳 𝒏𝑽𝑹𝒂𝑽 Equação 271 Em que 𝑹𝒕 é a resistência total ao movimento N 𝑹𝒓𝑳 é a resistência de rolamento de uma locomotiva N 𝑹𝒓𝑽 é a resistência de rolamento de um vagão N 𝑹𝒂𝑳 é a resistência aerodinâmica de uma locomotiva N 𝑹𝒂𝑽 é a resistência aerodinâmica de um vagão N 𝒏𝑳 é o número de locomotivas no comboio 𝒏𝑽 é o número de vagões no comboio Como vimos na velocidade de equilíbrio a força motriz é igual à resistência total então igualando as equações 236 e a equação 271 temos 𝟐𝟏𝟕𝟓 𝑷 𝑽 𝒏𝑳𝑹𝒓𝑳 𝒏𝑽𝑹𝒓𝑽 𝒏𝑳𝑹𝒂𝑳 𝒏𝑽𝑹𝒂𝑽 Equação 272 58 Em que 𝑷 é a Potência em horsepower hp 𝑽 é a velocidade kmh A equação 272 é um polinômio de terceiro grau mas para o nosso curso sua solução gráfica é mais interessante pois nos permite ver o comportamento da composição em diferentes situações A Figura 25 mostra essa relação gráfica entre a força motriz e a resistência Fonte Setti 2002 p21 Figura 25 Ação da resistência de rampa sobre a locomotiva A velocidade de equilíbrio é identificada graficamente no ponto de encontro das curvas da força motriz e da resistência ao movimento No exemplo mostrado na Figura 25 a velocidade de equilíbrio é de 80 kmh para essa composição ferroviária Caso a resistência de rampa fosse considerada nas relações para determinação da velocidade de equilíbrio isso não alteraria muito sua identificação porque se relembrarmos da equação 252 repetida abaixo veremos que a resistência de rampa não é dada em função da velocidade 𝑹𝒈 𝟏𝟎 𝑮 𝒊 Equação 252 Então para determinar o valor da velocidade de equilíbrio considerando também a resistência de rampa seria necessário acrescentar o valor dessa resistência ao valor da 59 resistência total calculada conforme a equação 271 Nesse caso a curva referente à resistência seria deslocada verticalmente em função do valor da resistência de rampa A Figura 26 apresenta essa diferença a curva de resistência básica ao meio é a mesma apresentada anteriormente enquanto as outras duas curvas são alterações da resistência ao movimento em função de um aclive de 065 e um declive de 025 Fonte Setti 2002 p23 Figura 26 Velocidade de equilíbrio considerando a resistência de rampa 28 Frenagem de composições Os veículos ferroviários são equipados com dois sistemas de frenagem os sistemas mecânicos e os sistemas dinâmicos Os sistemas mecânicos são constituídos por sapatas que quando são acionadas se comprimem contra as rodas aplicando uma força de desaceleração Os sistemas dinâmicos atuam sobre os motores de tração elétricos e sua capacidade de atuação como gerador quando são acionados sem alimentação elétrica Quando esse sistema atua a corrente elétrica gerada pelo movimento da composição na rampa produz uma resistência ao movimento desacelerando a composição e dissipando essa energia em forma de calor por meio de resistências que são resfriadas por ventiladores alimentados por essa mesma corrente 60 Antigamente os freios dos trens eram independentes e localizados em cada vagão seu acionamento era manual e dependia do guardafreios Levavase muito tempo para acionar manualmente os freios de todos os vagões e muitas vezes a demora acarretava em acidentes Atualmente os freios de todos os vagões são acionados simultaneamente por um sistema de ar comprimido Todas as rodas possuem uma sapata de freio e cada vagão conta com um reservatório de ar comprimido que se conecta à locomotiva por meio de mangueiras Os vagões possuem válvulas de pressão que controlam o freio por meio da manipulação da pressão No processo de frenagem as sapatas de freio realizam uma força sobre as rodas para que elas diminuam a velocidade do comboio sem que as rodas parem de girar pois a interrupção instantânea das rodas levando a seu travamento causa um processo chamado de calagem Na calagem as rodas do trem são travadas enquanto o atrito entre as rodas e o trilho se mantém No entanto esse atrito é inferior ao atrito entre a sapata e a roda Quando isso acontece as rodas apresentam deformações chamadas de calos daí o nome calagem que causam trepidações e ruídos no movimento diminuindo o conforto Ou seja ao frear o ideal é que a força das sapatas aplicada sobre as rodas não seja grande o suficiente para traválas mas o bastante para diminuir gradualmente o movimento Essa força é a força de frenagem limite que por definição é a maior força que pode ser usada para frear o trem A equação 281 apresenta a forma de calcular essa força 𝑭𝒇𝒍𝒊𝒎 𝒇𝒕𝒏𝑳𝑵𝑳 𝒏𝑽𝑵𝑽 Equação 281 Em que 𝑭𝒇𝒍𝒊𝒎 é a força limite de frenagem N 𝒇𝒕 é o coeficiente de atrito entre o trilho e a roda 𝑵𝑳 é a força normal ao peso da locomotiva N 𝒏𝑳 é o número de locomotivas no comboio 𝑵𝑽 é a força normal ao peso da do vagãoN 𝒏𝑽 é o número de vagões no comboio 61 O coeficiente de atrito pode variar de 02 em velocidades baixas a 01 em velocidades altas a depender do estado do trilho No entanto como os sistemas de frenagem na prática não são perfeitos a força de frenagem que de fato pode ser utilizada é chamada de força efetiva máxima de frenagem uma força inferior à força limite de frenagem que é definida pela equação 282 𝑭𝒇𝒎𝒂𝒙 ⴄ 𝒇𝒕𝒏𝑳𝑵𝑳 𝒏𝑽𝑵𝑽 Equação 282 Em que 𝑭𝒇𝒎𝒂𝒙 é a força de frenagem efetiva máxima N ⴄ é o fator de eficiência do sistema de frenagem Agora que vimos como determinar os valores das forças de frenagem de um trem é importante também verificar qual a distância percorrida durante o processo de frenagem Essa distância pode ser dada pela equação 283 quando as velocidades são dadas em ms e pela equação 284 quando a velocidade é dada em kmh 𝒅 𝒗𝟐 𝒗𝟎² 𝟓 𝟖𝟖𝟔 𝒇𝒕 Equação 283 Em que 𝒅 é a distância total de frenagem m 𝒗 é a velocidade final do trem ms 𝒗𝟎 é a velocidade inicial do trem ms 𝒇𝒕 é o coeficiente de atrito entre a roda e o trilho 𝒅 𝑽𝟐 𝑽𝟎² 𝟕𝟔 𝟐𝟖 𝒇𝒕 Equação 284 Em que 𝑽 é a velocidade final do trem kmh 𝑽𝟎 é a velocidade inicial do trem kmh 62 29 Comprimento das composições O comprimento das composições consiste no número de vagões que fazem parte da composição ferroviária ou seja o número de vagões que as locomotivas conseguem arrastar Esse número é limitado por uma série de fatores como a potência e o número de locomotivas o peso bruto total dos vagões e das locomotivas as características do trecho de deslocamento a capacidade de carga dos engates e a capacidade de reiniciar o movimento nos trechos de aclive crítico SETTI 2002 As forças horizontais que atuam no movimento de uma composição ferroviária como a força de tração e as resistências ao movimento que vimos nos primeiros subtemas da nossa disciplina estão concentradas nos engates dos vagões e das locomotivas Os engates utilizados nos trens atualmente são projetados para suportar forças de até 1500 kN sendo que as maiores forças de tração e compressão estão no engate entre a última locomotiva e o primeiro vagão A força nesse engate pode ser medida pela equação 291 𝑭𝒆𝒎𝒂𝒙 𝑭𝒕𝒎𝒂𝒙 𝒏𝑳𝑹𝑳 Equação 291 Em que 𝑭𝒆𝒎𝒂𝒙 é a força máxima no engate N 𝑭𝒕𝒎𝒂𝒙 é a força motriz máxima N 𝒏𝑳 é o número de locomotivas 𝑹𝑳 é a resistência total ao movimento da locomotiva kN Por essa expressão podemos entender que a capacidade do engate deve ser maior ou igual à força motriz líquida Como a resistência ao movimento nas locomotivas é baixa também podemos considerar que a capacidade do engate deve ser inferior à força motriz máxima Nos casos em que o trem se desloca em velocidades baixas exigindo uma força motriz maior pode haver o posicionamento de uma locomotiva na metade da composição 63 ou até em seu último terço para reduzir os esforços sobre o engate e melhorar a eficiência do trem Outro aspecto importante a ser considerado na determinação do comprimento do trem é a capacidade do trem em reiniciar o movimento em vias com o aclive mais acentuado Se isso não for considerado pode correr o risco de ser impossível a saída da composição sem haver uma locomotiva adicional Nessas situações em que os trens estão parados em um aclive e tentam retomar o movimento a aderência é o principal fator que limita a força motriz usada para reiniciar o movimento Isso é mostrado matematicamente pela equação 292 𝑭𝒕𝒎𝒂𝒙 𝒏𝑳 𝒇 𝑻𝒅 Equação 292 Em que 𝑭𝒕𝒎𝒂𝒙 é a força motriz efetiva máxima N 𝒏𝑳 é o número de locomotivas 𝒇 é o coeficiente de aderência no trilho apresentada na Tabela 21 𝑻𝒅 é o peso aderente da locomotiva kN O valor da aderência é o mesmo que tratamos no subtema 23 e que foi apresentado na Tabela 21 que é repetida a seguir para facilitar o entendimento Tabela 21 Variação do coeficiente de aderência Estado do trilho Aderência Totalmente seco e limpo 033 Lavado pela chuva 033 Seco e limpo 022 Seco 020 Molhado pela chuva 014 Úmido de orvalho 0125 Úmido e sujo 011 Sujo e com óleo 010 Fonte Hay 1982 64 Para o veículo voltar a se locomover a força motriz efetiva máxima precisa ser maior que a resistência total ao movimento A resistência total num trecho reto inclinado como já vimos é composta pela resistência inerente ao movimento e a resistência de rampa Como o veículo está parado e à medida que a força é exercida vai ganhando movimento lentamente sua velocidade ainda é muito baixa então podemos inferir que sua resistência inerente ao movimento é baixa uma vez que ela se dá em função da velocidade Dessa forma a resistência que a força motriz efetiva deve vencer para retomar ao movimento é a resistência de rampa Considerando tais informações para determinar o número de vagões do comboio devemos seguir os seguintes passos que aplicam diferentes equações vistas anteriormente e que combinadas permitem chegar no número de vagões de uma composição a Determinar a força motriz máxima de uma locomotiva 𝐹𝑡 2175 𝑃 𝑉 b Determinar a força motriz efetiva máxima de uma locomotiva na rampa 𝐹𝑡𝑚𝑎𝑥 𝑓 𝑇𝑑 c Determinar a resistência ao movimento de um único vagão devido à relação da resistência total e da força motriz que na velocidade de equilíbrio são iguais 𝐹𝑡𝑚𝑎𝑥 𝑅𝐿 𝑛𝑉𝑅𝑉 d Calcular a resistência máxima de uma locomotiva 𝑅𝐿 𝑅𝑟 𝑅𝑎 𝑅𝑔 e Calcular a resistência máxima de um vagão 𝑅𝑉 𝑅𝑟 𝑅𝑎 𝑅𝑔 65 f Calcular o número de vagões Considerando que a resistência total e a força motriz em velocidade de equilíbrio são iguais 𝐹𝑡𝑚𝑎𝑥 𝑅𝐿 𝑛𝑉𝑅𝑉 Temos que 𝑛𝑉𝐿 é o número de vagões por locomotiva sem ultrapassar o limite de aderência 𝑛𝑉𝐿 𝐹𝑡𝑚𝑎𝑥 𝑅𝐿 𝑅𝑉 g Calcular o número máximo de vagões com base na força máxima admissível no engate e a resistência dos vagões 𝐹𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑛𝑉𝑅𝑉 𝑛𝑉 𝐹𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑅𝑉 h Calcular quantas locomotivas são necessárias para puxar o número máximo de vagões 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑐𝑜𝑚𝑜𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 𝑛𝑉 𝑛𝑉𝐿 i Verificar se o trem consegue reiniciar o movimento 𝐹𝑡 𝑛𝐿𝑅𝐿 𝑛𝑉𝑅𝑉 𝐹𝑡𝑚𝑎𝑥 𝑛𝐿 𝑓 𝑇𝑑 Se 𝐹𝑡 𝐹𝑡𝑚𝑎𝑥 o trem consegue reiniciar o movimento 66 210 Consumo de combustível O consumo de combustível é algo abordado em diferentes áreas do conhecimento principalmente na Engenharia de Transportes já que os combustíveis são um dos principais insumos para a movimentação dos veículos Para veículos movidos por motores de combustão interna observase que o consumo de combustível está diretamente relacionado ao trabalho realizado pelo motor Essa relação pode ser dada pela equação 2101 𝒛 𝑾 𝒓 Equação 2101 Em que 𝒛 é o combustível consumido l 𝑾 é o trabalho total realizado pelo motor Nm 𝒓 é o coeficiente de consumo de combustível l N1m1 As locomotivas dieselelétricas têm um coeficiente de consumo na faixa de 011 l kN1km1 O esforço trator que é desenvolvido por um trem varia conforme as características do terreno declividade raios de curvatura etc e o trabalho pode ser definido conforme a equação 2102 𝑾 𝑭𝒕 𝒅 𝟎 𝒙𝒅𝒙 Equação 2102 Em que 𝑾 é o trabalho no comprimento d Nm 𝑭𝒕𝒙 é a força de tração no ponto x N 𝒅 é a distância total viaja pela composição m Como a determinação de 𝐹𝑡𝑥 é um pouco complexa costumase usar a aproximação demonstrada na 𝐹𝑡𝑥 𝑾 𝑭𝒕𝒊𝒅𝒊 𝒌 𝒊𝟏 Equação 2103 67 Em que 𝑾 é o trabalho no comprimento d Nm 𝑭𝒕𝒊 é a força de tração no trecho viajado i N 𝒅𝒊 é a distância viajada do trecho i m 𝒌 é o número de segmentos do trecho De forma equivalente à equação 2101 também podemos representar o consumo de combustível é através da potência como mostra a equação 2104 𝒛 𝒓𝑷 𝒕 Equação 2104 Em que 𝒛 é o combustível consumido l 𝒓 é o coeficiente de consumo de combustível ghp 1h1 𝑷 é a potência do motor hp 𝑻 é o tempo de utilização do motor na potência P h O coeficiente de consumo das locomotivas dieselelétricas está entre 160 e 190 ghp1h1 Conclusão Neste bloco compreendemos melhor o modo de transporte ferroviário Ao longo dele estudamos as mecânicas de locomoção desse tipo de transporte e alguns princípios básicos de sua infraestrutura No primeiro subtema nos dedicamos ao estudo da ferrovia a infraestrutura fundamental do transporte ferroviário A ferrovia tem a função de oferecer suporte físico para que locomotivas vagões e carros possam se deslocar entre terminais A ferrovia é composta pela infraestrutura ferroviária que envolve as obras de adequação do terreno e pela superestrutura que é o pavimento ferroviário A superestrutura por sua vez é constituída pela plataforma ferroviária e pela via permanente dois elementos sujeitos ao desgaste oriundo do tráfego dos veículos e das ações climáticas Sobre as ferrovias se deslocam as composições ferroviárias um conjunto de vagões ou carros de passageiros que são puxados por uma ou mais locomotivas As locomotivas 68 são responsáveis por movimentar todo o comboio e sobre ela atuam diversas forças sendo as mais importantes a força de propulsão as resistências ao movimento a força peso e as forças normais ao peso A força de propulsão é o que promove o movimento do veículo e está diretamente ligada à potência do motor e ao atrito e à aderência entre as rodas e os trilhos As forças de resistência consistem em um conjunto de forças resistência ao rolamento resistência aerodinâmica resistência de rampa e resistência de curva A resistência ao rolamento e a resistência aerodinâmica estão presentes em qualquer trecho em que o veículo está se deslocando por conta disso sua soma é chamada de resistência inerente ao movimento Já a resistência de curva surge apenas em trechos curvos e a resistência de rampa surge apenas em aclives ou declives As forças de propulsão e resistência atuam em um mesmo plano porém em sentidos opostos Quando tais forças são igualadas temos um processo chamado de velocidade de equilíbrio em que o trem opera com potência e velocidade constantes A partir destes conceitos foi possível compreender melhor como essas forças de tração e resistência atuam no processo de frenagem dos trens sendo possível determinar os esforços de frenagem e a distância necessária para o veículo desacelerar Além disso a partir dos conceitos de força de tração e das resistências ao movimento dos comboios aprendemos a fazer os cálculos que determinam o tamanho máximo de uma composição e o consumo de combustível dos motores fatores determinantes para o planejamento e a operação de um veículo ferroviário 69 REFERÊNCIAS HAY William W Railroad Engineering sl sn NETO Camilo Borges MANUAL DIDÁTICO DE FERROVIAS sl Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Dep de Transportes 2019 SETTI José Reinaldo A Tecnologia de transportes São Carlos SPApostila para a Disciplina Tecnologia de Transportes Programa de Pós Graduação em Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo 2002 Bibliografia Complementar PAVELSKI Luziane M Gestão de sistema de transporte público na atualidade Curitiba Intersaberes 2020 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração modal São Paulo Cengage Learning 2012 Ebook FERNANDES Elton T Transporte aéreo no Brasil uma visão de mercado Rio de Janeiro Elsevier 2016 Ebook ALBANO João Fortini Vias de transporte Porto Alegre Bookman 2016 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração multimodal São Paulo Cengage 2012 Ebook PINTO Salomão Pavimentação asfáltica conceitos fundamentais sobre materiais e revestimentos asfálticos Rio de Janeiro LTC 2018 Ebook ALFREDINI Paolo ARASAKI Emilia Engenharia portuária a técnica aliada ao enfoque logístico São Paulo Blucher 2013 Ebook STEFLLER Fábio Via permanente aplicada guia teórico e prático Rio de Janeiro LTC 2013 Ebook TULER Marcelo SARAIVA Sérgio Fundamentos de Topografia Porto Alegre Bookman 2014 Ebook 70 MCCORMAC Jack et al Topografia 6 ed Rio de Janeiro LTC 2017Ebook CASTRO Pery Cesar Gonçalves Concreto asfáltico para rodovias Porto Alegre EDIPUCRS 2015 Ebook MEDINA Jaques Motta Laura Maria Goretti Mecânica dos pavimentos 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2015 Ebook PENN Michael R Introdução à infraestrutura para engenharia civil e ambiental Rio de Janeiro LTC 2017 Ebook ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 7187 projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido procedimento Rio de Janeiro 2003 Ebook SANTOS Silvio Transporte ferroviário história e tecnicas Sao Paulo Cengage Learning 2011 Ebook CAMPOS Vânia B G C Planejamento de transportes conceitos e modelos Rio de Janeiro Interciência 2013 Ebook FRACASSI Geraldo Proteção de rios com soluções Maccaferri São Paulo Oficina de textos 2017 Ebook SHIRATO Vitor Rhein Aguillar Fernando Heren coord Transportes aquaviários São Paulo Saraiva 2012 Ebook QUALIDADE e produtividade nos transportes 2ed São Paulo Cengage 2015 Ebook SCHLUTER Mauro Roberto Sistemas logistícos de transportes Curitiba Intersaberes 2013 Ebook SARACENI Pedro Paulo Transporte marítimo de petróleo e derivados 2ed Rio de Janeiro Interciência 2012 Ebook 71 3 TRANSPORTE RODOVIÁRIO Apresentação No terceiro bloco da disciplina nosso foco será no modo rodoviário De forma semelhante ao que vimos no bloco anterior vamos estudar as mecânicas de locomoção do modo rodoviário identificando as forças de propulsão e as forças de resistência que atuam sobre os veículos Apesar da locomoção dos veículos rodoviários ser semelhante à locomoção dos veículos ferroviários os dois modos de transporte têm uma grande diferença quanto ao funcionamento dos seus motores e a transmissão da energia gerada no motor para os eixos motrizes Essa diferença afeta diretamente os cálculos da força de tração a resistência ao movimento e a identificação da velocidade de equilíbrio Dessa forma a organização do conteúdo deste bloco se inicia com as discussões a respeito do pavimento rodoviário a infraestrutura fundamental para o deslocamento dos veículos rodoviários Em seguida são apresentados os conceitos relacionados ao processo de locomoção dos veículos rodoviários como caminhões e automóveis Ao final do bloco são abordados os processos de frenagem dos veículos rodoviários identificando as distâncias necessárias para desacelerar o veículo e a eficiência dos sistemas de frenagem Por fim encerramos o bloco com análises de trechos curvos que envolvem dois processos que são importantíssimos e devem ser evitados o tombamento e o escorregamento Os conceitos e cálculos aqui apresentados são baseados nos estudos de grandes nomes da Engenharia de Transporte e da Engenharia Rodoviária como Mannering e Washburn 1990 e Setti 2002 72 31 Pavimentos rodoviários O pavimento rodoviário é a principal infraestrutura em que o transporte rodoviário se realiza Para compreender o que é o pavimento podemos ver as definições de alguns autores sobre o assunto O pavimento deve ser visto como a estrutura constituída de várias camadas de materiais diferentes construída após a conclusão das obras de terraplenagem Tal estrutura possui um elevado grau de complexidade quanto aos cálculos de tensões e deformações SOUZA 1980 Para Santana 1993 o pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície após o processo de terraplenagem que deve oferecer conforto e segurança para o usuário sempre da forma mais econômica e com a maior qualidade possível Bernucci et al definem o pavimento como uma Estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas construída sobre a superfície final de terraplenagem destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento com conforto economia e segurança BERNUCCI et al 2010 p 9 Com essas definições conseguimos perceber concisamente que o pavimento é uma estrutura dividida em camadas compostas por diferentes materiais que absorvem os esforços aos quais a pista de rolamento é submetida com um intuito de dissipálos para o solo Os pavimentos rodoviários se classificam em dois tipos principais os pavimentos rígidos e os pavimentos flexíveis Essa distinção se refere ao material da camada de revestimento O pavimento rígido é aquele cujo o revestimento consiste em uma placa de concreto Nestes pavimentos as espessuras das camadas de revestimento são fixadas tendo em vista a resistência à flexão das placas de concreto e das camadas subjacentes abaixo do revestimento Esses pavimentos podem ter placas de concreto armado ou não 73 Os pavimentos asfálticos ou flexíveis são aqueles em que a camada de revestimento é composta por uma mistura de agregados e ligantes asfálticos Sua estrutura básica consiste em 4 camadas o revestimento asfáltico a base a subbase e o reforço do subleito sendo que pode haver diferenças a depender do fluxo de veículos e dos materiais à disposição Essas camadas são colocadas sobre o subleito que é a camada do solo que já passou pelas operações de corte e aterro A Figura 31 apresenta de forma esquemática as camadas do pavimento Fonte Bernucci et al 2010 p 10 Figura 31 Estrutura do pavimento rígido e do pavimento flexível Uma das principais diferenças entre os dois tipos de pavimento é a forma de distribuição das tensões Enquanto o pavimento flexível absorve os esforços e os redireciona para as camadas inferiores até a fundação o pavimento rígido recebe os esforços e os redistribui diminuindo a tensão sobre a fundação Para visualizar tal distribuição observe a ilustração da Figura 32 Fonte Autor 2022 Figura 32 Esquema de distribuição de esforços nos diferentes tipos de pavimentos 74 A estrutura do pavimento é dividida em camadas e pode variar bastante conforme o tipo de pavimento os esforços que serão submetidos o ambiente que será construído e diversos outros fatores As principais funções do revestimento são resistir à ação do tráfego e atenuar os esforços para as camadas inferiores impermeabilizar o pavimento e oferecer condições de tráfego com conforto e segurança Já as camadas de base subbase e reforço do subleito exercem um grande papel estrutural O objetivo da mecânica dos pavimentos é limitar as tensões e deformações da estrutura do pavimento A Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT define as funções do pavimento na NBR 720782 da seguinte forma O pavimento é uma estrutura construída após terraplenagem e destinada econômica e simultaneamente em seu conjunto a a Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego b Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança c Resistir aos esforços horizontais que nela atuam tornando mais durável a superfície de rolamento ABNT 1982 p 2 Para cumprir tais funções o pavimento é composto por diferentes camadas cada uma com materiais próprios e funções específicas O subleito corresponde ao terreno em que o pavimento será estruturado Sua superfície o leito é o produto das obras de terraplenagem após concluídas as operações de corte e aterro Para construir um pavimento é preciso estudar o solo do subleito levando em conta a profundidade em que as cargas aplicadas pelos veículos ainda atuam o que equivale a cerca de 60 a 150 cm A regularização do subleito que também pode ser chamada de nivelamento consiste no processo de conformação do leito nos sentidos transversal e longitudinal Sua execução não é obrigatória e depende das condições do leito Já o reforço do subleito é uma camada em que sua espessura transversal é constante enquanto longitudinalmente ela varia Sua principal função é aprimorar a qualidade do subleito regularizando a espessura da subbase 75 A base camada subjacente ao revestimento tem a função principal de resistir e distribuir os esforços provenientes do fluxo de veículos Sobre a base são colocados os revestimentos O revestimento é a camada responsável pela impermeabilização da estrutura e pelo contato direto com o tráfego de veículos que visa a melhoria da qualidade do rolamento do ponto de vista da segurança e da comodidade além de tornar o pavimento uma estrutura mais durável 32 Sistema de movimento de veículos automotores O processo de locomoção de veículos rodoviários é muito semelhante à forma de locomoção dos veículos ferroviários O desempenho dos veículos terrestres de forma geral depende de dois fatores principais a força motriz máxima proveniente do contato entre a via e a roda e a força máxima que o torque do motor pode gerar A menor dessas forças indica o desempenho do veículo Idealmente o motor de um veículo deveria proporcionar uma potência constante na faixa de velocidade em que irá operar pois um motor com uma potência constante produz uma força motriz mas possui uma variação conforme a velocidade formando uma relação hiperbólica que pode ser vista na Figura 33 Fonte Adaptado de Setti 2002 p 39 Figura 33 Relação gráfica entre a força motriz a potência e a velocidade 76 Nas locomotivas os motores elétricos são muito eficientes se aproximando um pouco dos motores ideais No entanto os motores de combustão interna presentes nos veículos automotores rodoviários possuem um desempenho muito inferior e exigem uma transmissão para funcionar corretamente Mesmo não sendo o modelo de motor ideal e nem o mais eficiente os motores de combustão interna são muito utilizados por possuírem algumas vantagens como excelente relação entre a potência produzida e o peso do motor baixos custos de operação e manutenção e facilidade para iniciar o funcionamento Essas vantagens tornam esse tipo de motor mais prático e viável para o modo rodoviário Os motores de combustão interna mais comuns são os motores a gasolina e os motores a diesel Estes motores operam em um ciclo de quatro tempos que se inicia com a entrada de ar e combustível seguida pela compressão ignição e exaustão dos gases Nos cilindros desses motores acontece a combustão que aciona o pistão e movimenta os eixos do motor Os motores a diesel são mais leves e consomem 25 menos combustível que os motores a gasolina A explosão do combustível que ocorre dentro dos cilindros movimenta os pistões para cima e para baixo de forma rítmica Esse movimento é transformado em uma rotação e consequentemente em um esforço de torção que é usado para fornecer a propulsão do veículo Os motores de combustão interna só funcionam adequadamente quando alcançam a velocidade mínima de rotação A potência o torque e o consumo de um motor a diesel variam de acordo com essa velocidade de rotação À medida que a rotação do motor aumenta seu desempenho melhora considerando a potência o consumo de combustível e o torque Observe a Figura 34 e note que o maior valor de torque e o menor valor de consumo de combustível é dado quando a rotação do motor está entre o máximo e o mínimo que é a faixa preterível de operação do motor À medida que a velocidade de rotação do motor aumenta há uma diminuição no torque produzido e uma queda na potência fornecida 77 Fonte Setti 2002 p 39 Figura 34 Relação entre potência torque e consumo de combustível Os veículos ferroviários contam com um motor conectado ao eixo motriz por uma redução fixa de forma que quando o trem opera em velocidade baixa o motor trabalha em baixa rotação Os veículos automotores rodoviários possuem uma velocidade mínima de rotação muito alta por conta disso não é viável a utilização de uma redução fixa o que torna necessário o uso de uma transmissão A transmissão mecânica é um componente dos veículos automotores formado por engrenagens e eixos responsável por transmitir a força produzida no motor para os eixos motrizes Observe a Figura 35 e a descrição do processo de transmissão dos esforços dos motores para os eixos motrizes 78 Fonte Adaptado de Setti 2002 p 39 Figura 35 Componentes da transmissão de um caminhão Nos veículos automotores a potência utilizada para movimentação é fornecida pelo motor a diesel Nesse motor a queima de combustível permite o acionamento do virabrequim que tem a sua movimentação suavizada devido à conexão a um volante No virabrequim produz se um torque que graças a caixa de transmissão é transmitido ao eixo cardan As marchas que são conjuntos de engrenagens que possuem reduções diferentes permitem a compatibilização entre a rotação do motor e a velocidade de viagem Veículos grandes e pesados como alguns caminhões podem contar com até 16 marchas que podem ser trocadas sem que sejam danificadas por conta da caixa de embreagem A marcha dos veículos automotores tem o papel de reduzir a velocidade de rotação do eixo cardan de acordo com o número de dentes das engrenagens A redução que ocorre está relacionada às duas engrenagens e quando ocorre uma redução por exemplo de 41 sabemos que o eixo cardan completa uma volta a cada quatro rotações do virabrequim Esse número representa a relação entre o número de dentes da engrenagem do virabrequim em relação à engrenagem do girabrequim 79 Uma redução de 41 quer dizer que a engrenagem do virabrequim possui 4 vezes o número de dentes que a engrenagem do girabrequim O diferencial aplica uma redução sobre o torque O eixo cardan é submetido a essa redução do diferencial Supondo que a redução do diferencial seja de 591 temos que a cada uma volta dos semieixos motores o eixo cardan dá 59 revoluções Ao analisar a redução da caixa de câmbio ou seja das marchas em relação à rotação do eixo motriz temos que levar em conta que a redução aplicada é em série Dessa forma para uma redução da caixa de câmbio de 41 e uma redução do diferencial de 591 temos que a cada uma volta do eixo motriz são necessárias 236 revoluções do eixo do motor 4 x 59 236 33 Força motriz Nos veículos rodoviários a força motriz que é produzida pelo motor pode ser determinada em função da potência do motor e da velocidade de viagem dois parâmetros que estão diretamente relacionados à rotação do motor Para determinar a força motriz do veículo é necessário identificar as relações matemáticas entre a rotação do motor a velocidade e a potência A velocidade dos caminhões bem como de outros veículos rodoviários é determinada por uma série de elementos que reduzem as velocidades de operação dos motores para tornálas compatíveis à velocidade de viagem do veículo A velocidade de viagem de um caminhão pode ser determinada pela equação 331 𝑽 𝟔𝟎 𝑵 𝝅 𝑫 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒈𝒕 𝒈𝒅 Equação 331 Em que 𝑽 é a velocidade do veículo kmh 𝑵 é o número de revoluções do virabrequim rpm 𝑫 é o diâmetro do pneu m 𝒈𝒕 é o fator de redução na caixa de câmbio 𝒈𝒅 é o fator de redução no diferencial 80 A força motriz pode ser calculada considerandose a eficiência do motor do veículo pela equação 332 que é mesma equação que vimos no Bloco 2 da disciplina 𝑭𝒕 ⴄ 𝟑𝟔𝟎𝟎 𝑷 𝑽 Equação 332 Em que Ft é a força N ⴄ é a eficiência de transmissão aproximadamente 082 P é a Potência kW V é a velocidade kmh Se relembrarmos a curva de força motriz dos veículos ferroviários que vimos no Bloco 2 veremos que a potência das locomotivas varia de forma constante de acordo com a velocidade Em contraponto a potência dos veículos rodoviários varia de acordo com a velocidade do veículo que está ligada também às reduções da marcha e do diferencial A Figura 36 apresenta um gráfico da força motriz em função da velocidade para os veículos com motores a diesel Fonte Setti 2002 p 45 Figura 36 Gráfico de força motriz vs velocidade para motores a diesel 81 Diferente da curva de força motriz das locomotivas que é contínua a curva dos veículos rodoviários não é contínua Para cada marcha é utilizado um intervalo de velocidade determinado pela faixa de rotação do motor Além disso também podemos inferir que as velocidades e as marchas estão totalmente relacionadas de forma que cada marcha deve ser utilizada para um determinado intervalo de velocidade A variação de pressão no pedal do acelerador pode causar aumento ou diminuição no consumo de combustível o que afeta diretamente a potência do motor O gráfico apresentado considera a potência máxima de cada marcha que são as situações em que os pedais são pressionados ao máximo Ou seja a combinação entre a pressão no pedal e a potência máxima pode apresentar forças motrizes ou velocidades inferiores que as curvas mas sempre contidas na região subjacente à curva Também podemos notar que algumas velocidades podem ser utilizadas por diferentes marchas como por exemplo na Figura 36 em que a velocidade de 40 kmh pode ser desempenhada tanto para terceira quanto para quarta e quinta marchas Outro aspecto importante do movimento dos veículos rodoviários é a aderência entre o pneu e o pavimento O esforço trator máximo de um veículo é definido pelo coeficiente de atrito entre a superfície de rolamento e o pneumático do eixo trator O esforço trator máximo pode ser definido pela equação 333 𝑭𝒕 𝒎𝒂𝒙 𝒇 𝑻𝒅 Equação 333 Em que 𝑭𝒕 𝒎𝒂𝒙 é a força motriz máxima em Newtons 𝒇 é o coeficiente de aderência 𝑻𝒅 é o peso aderente da locomotiva em Newtons O valor do coeficiente de aderência varia com base em quatro elementos o tipo de superfície de contato concreto ou asfalto o estado da superfície de contato pavimento seco ou molhado pneu desgastado pavimento envelhecido etc as 82 características do pneu desenhos dos sulcos do pneu o tipo de borracha e a velocidade desempenhada velocidades altas ou baixas Os valores de coeficiente de aderência relacionados a cada tipo de superfície podem ser observados na Tabela 31 Tabela 31 Coeficientes de aderência em função da superfície de rolamento Superfície Aderência Asfalto ou concreto seco 080 090 Concreto molhado 08 Asfalto molhado 050 070 Pedrisco 06 Terra firme seca 07 Terra solta seca 045 Terra firme úmida 055 Areia deca 02 Areia úmida 04 Neve 02 Gelo 01 Fonte Adaptado de Setti 2002 Além disso outro fator que influencia o esforço trator máximo é o peso aderente da locomotiva que é o peso máximo no eixo traseiro que também é o eixo motriz Esse valor geralmente é dado pelo fabricante do veículo Um caminhão que não esteja trafegando com seu peso máximo terá consequentemente uma força motriz máxima inferior 34 Resistência de rolamento A resistência ao movimento de um veículo corresponde às forças que atuam no sentido contrário do movimento e da força motriz Para os veículos rodoviários a resistência ao movimento é um conjunto de três esforços a resistência ao rolamento a resistência aerodinâmica que juntas compõem a resistência inerente ao movimento e a resistência de rampa Tanto a resistência ao rolamento quanto a resistência aerodinâmica atuam na mesma direção que a força motriz porém em sentido contrário Enquanto a resistência de 83 rampa também atua na mesma direção ela pode variar de sentido a depender se o veículo estiver em aclive ou declive Apesar de serem tecnologias muito diferentes tanto os veículos rodoviários quanto os ferroviários têm seu movimento afetado por forças de resistência Você deve ter notado que está faltando uma outra resistência que está presente nos veículos ferroviários e não foi citada A resistência de curva nos veículos rodoviários é uma força pouco significativa pois diferentemente dos trens em que ambas as rodas dos eixos rotacionam numa mesma velocidade nos veículos rodoviários as rodas de um mesmo eixo podem girar em velocidades diferentes Isso faz com que a força relacionada à resistência de curva tenha uma magnitude muito pequena A resistência de rolamento nos veículos rodoviários se origina de quatro elementos a deformação elástica dos pneus na área de contato com o pavimento a penetração do pneu do veículo no solo o escorregamento adicional do pneu quando percorre a trajetória de uma curva e a circulação de ar dentro do pneu e da ventilação externa Os parâmetros mais significativos ao tratar da resistência de rolamento é a deformação elástica do pneu e sua penetração no solo Quanto maior a rigidez da roda e do pavimento menos o pneu se deformará e menos o pavimento será penetrado consequentemente diminuindo a resistência de rolamento Ou seja quanto maior a pressão de ar dentro dos pneus e quanto mais rígido o pavimento for menor será a resistência de rolamento do veículo Para determinar a resistência de rolamento podemos usar a equação 341 𝑹𝒓 𝒄𝟏 𝒄𝟐 𝑽 𝐆 Equação 341 Em que 𝑹𝒓 é a resistência de rolamento N 𝒄𝟏 é a constante do efeito de deformação do pneu e da via 𝒄𝟐 é a constante que envolve os demais fatores da resistência de rolamento 𝑽 é a velocidade do caminhão kmh 𝑮 é o peso do veículo kN 84 Os valores da constante de deformação do pneu e do pavimento podem ser identificados na Tabela 32 Tabela 32 Valores para constante de deformação do pneu e do pavimento Tipo de superfície c1 Asfalto ou concreto 76 Terra firma seca 30 Terra solta seca 40 Areia solta seca 100 Terra mole úmida 160 Fonte Adaptado de Setti 2002 É interessante nos lembrarmos dos coeficientes de aderência do modo ferroviário que eram próximos de 065 enquanto nas rodovias revestidas com asfalto e concreto esse valor é de 76 Isso reforça a concepção de que superfícies com menor rigidez ocasionam uma resistência ao movimento maior enquanto em superfícies mais rígidas essa resistência é menor Para os valores de 𝑐2 geralmente adotase 0056 mas está diretamente relacionado à velocidade do veículo e causa um aumento da resistência ao movimento à medida que a velocidade também aumenta 35 Resistência aerodinâmica A resistência aerodinâmica decorre da movimentação de massa de ar que qualquer veículo que se desloque na atmosfera terrestre provoca Também podendo ser chamada de arrasto a resistência aerodinâmica pode ser fortemente influenciada pela velocidade de deslocamento do veículo pela direção e velocidade do vento pelo tamanho e pala forma da carroceria do veículo Além disso o estado em que a superfície da carroceria se encontra a presença de saliências deformações e enfeites além da massa específica do ar e diversos outros fatores também podem influenciar na resistência aerodinâmica A equação 351 apresenta a forma empírica de se calcular a resistência aerodinâmica dos veículos rodoviários 85 𝑹𝒂 𝟏 𝟐 𝝆 𝒈 𝑪𝑫 𝑨 𝑽² Equação 351 Em que 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N 𝝆 é a densidade do ar 𝒈 é a aceleração da gravidade local 𝑪𝑫 é o coeficiente de arrasto 𝑨 é a área frontal do veículo m² 𝑽 é a velocidade relativa do veículo kmh A equação apresentada se dá a partir de um modelo empírico uma vez que a determinação do efeito aerodinâmico do fluxo de ar ao redor de um veículo pode ser muito complexa Empiricamente o valor do coeficiente de arrasto foi definido e depende da forma e do tamanho do veículo Alguns valores utilizados são dados na Tabela 33 Tabela 33 Valores do coeficiente de arrasto Modelo 𝑪𝑫 Sedã 1910 085 Sedã 1950 050 Picape 1990 045 Sedã 1990 032 Fonte Adaptado de Setti 2002 O valor da densidade do ar definida como 𝜌 varia conforme a pressão e a temperatura Em condições típicas de pressão e temperatura a massa específica do ar 𝜌𝑔 é de 1225 kgm³ Porém esse valor varia conforme há uma variação de pressão e temperatura Para estudos a nível de graduação é possível simplificar a equação 351 criandose um coeficiente de penetração aerodinâmica 𝑐𝑎 𝒄𝒂 𝟏 𝟐 𝝆 𝒈 𝑪𝑫 Equação 352 86 Em que 𝒄𝒂 é o coeficiente de penetração aerodinâmica 𝝆 é a densidade do ar 𝒈 é a aceleração da gravidade local 𝑪𝑫 é o coeficiente de arrasto Trabalhando com este coeficiente e com as condições de pressão e temperatura do ar convencionais podemos ter os valores de 𝑐𝑎 de acordo com a Tabela 34 Tabela 34 Valores do coeficiente de penetração aerodinâmica Veículo Área frontal 𝒄𝒂 Automóveis 25 35 m² 0020 a 0025 Ônibus 70 90 m² 0035 a 0040 Caminhões 60 90 m² 0028 a 0040 Fonte Adaptado de Setti 2002 Os valores do coeficiente apresentados na tabela são adimensionais e ao fazer os cálculos devemos considerar a área do veículo em m² e a velocidade em kmh Utilizando tal coeficiente podemos reescrever a equação 351 na forma da equação 353 𝑹𝒂 𝒄𝒂 𝑨 𝑽² Equação 353 Em que 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N 𝒄𝒂 é o coeficiente de arrasto 𝑨 é a área frontal do veículo 𝑽 é a velocidade relativa do veículo A velocidade usada nestes cálculos é a velocidade do veículo em relação ao ar Como a direção do vento é aleatória podemos desconsiderar sua influência na velocidade do veículo tratando a velocidade do ar como nula a não ser que se trate de uma situação atípica e pouco convencional caso no qual devemos de fato considerála nos cálculos 87 36 Resistência de rampa A resistência de rampa é a mais simples das componentes da resistência ao movimento Ela está presente sempre que o veículo está se deslocando em uma trajetória que não seja horizontalmente plana Ao contrário da resistência de rolamento e da resistência aerodinâmica a resistência de rampa pode atuar contra ou a favor do movimento a depender da situação em que o veículo está se deslocando Caso o veículo esteja em um aclive a resistência de rampa irá agir contra o movimento dificultando a subida do veículo Caso o veículo esteja em um declive a resistência de rampa atua a favor do movimento sendo necessário o acionamento dos freios para controlar a velocidade do veículo nesses casos A Figura 37 mostra como a força peso 𝐺 atua sobre um veículo em uma pista com inclinação 𝑖 criando a resistência de rampa 𝑅𝑔 Fonte Adaptado de Setti 2002 p 51 Figura 37 Resistência de rampa sobre o veículo De forma geral a resistência de rampa é uma componente da força peso que atua na direção do movimento nos trechos que não são planos Seu cálculo pode ser feito seguindo a equação 361 𝑹𝒈 𝟏𝟎 𝑮 𝒊 Equação 361 88 Em que 𝑹𝒈 é a resistência de rampa N 𝑮 é o peso do veículo kN 𝒊 é a declividade ou inclinação da rampa ou m100 m Então a partir dos valores da resistência de rolamento da resistência aerodinâmica e da resistência de rampa podemos determinara a resistência total ao movimento A equação 362 apresenta a soma das três parcelas que formam a resistência total ao movimento 𝑹 𝑹𝒓 𝑹𝒂 𝑹𝒈 Equação 362 Em que 𝑹 é a resistência total ao movimento N 𝑹𝒓 é a resistência de rolamento N 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N 𝑹𝒈 é a resistência de rampa N 37 Velocidade de equilíbrio A velocidade de equilíbrio para veículos rodoviários corresponde à velocidade de deslocamento em que o esforço trator é igual à resistência ao movimento da mesma forma que vimos para os veículos ferroviários Se a velocidade de operação é inferior à velocidade de equilíbrio significa que o esforço trator é maior que a resistência ao movimento e o veículo deve ser submetido a uma força de aceleração A aceleração causa um aumento da velocidade que causa uma redução do esforço trator e um aumento da resistência ao movimento o que reduz a aceleração Caso a resistência seja maior que o esforço trator o veículo desacelera causando redução da resistência e aumento do esforço trator até que elas fiquem iguais Se relembrarmos o caso dos veículos ferroviários podemos determinar a velocidade de equilíbrio de duas formas uma delas é analiticamente por meio das relações matemáticas que levam a um polinômio de terceiro grau e a outra é graficamente ao 89 fazer a curva do esforço trator e da resistência ao movimento identificando o ponto de encontro de ambas Para os veículos rodoviários a determinação analítica é muito mais complexa uma vez que o sistema de marchas faz com que a função seja descontínua tornando este método inviável Em contrapartida o método gráfico é tão simples para os veículos rodoviários quanto para os veículos ferroviários Para determinação da velocidade de equilíbrio de um caminhão em um determinado trecho primeiro traçamos a curva do esforço trator Em seguida devemos traçar a curva da resistência ao movimento Então determinamos a velocidade de equilíbrio no ponto em que as duas curvas se encontram A equação 371 define matematicamente as condições necessárias para a velocidade de equilíbrio acontecer 𝑭𝒕 𝑹𝒓 𝑹𝒂 𝑹𝒈 Equação 371 Em que 𝑭𝒕 é o esforço trator N 𝑹𝒓 é a resistência de rolamento N 𝑹𝒂 é a resistência aerodinâmica N 𝑹𝒈 é a resistência de rampa N É importante nos atentarmos a alguns pontos abordados que tratam da resistência ao movimento e ao esforço trator A resistência ao movimento para trechos planos é composta por dois esforços a resistência ao rolamento e a resistência aerodinâmica Caso o veículo esteja se deslocando em um trecho inclinado devemos considerar uma outra parcela da resistência que é a resistência de rampa Além disso devemos nos lembrar que a força motriz representada nos gráficos mostrados representa a força motriz do motor em funcionamento com sua potência máxima ou seja com o pedal do acelerador totalmente pressionado A Figura 38 apresenta a solução gráfica para determinação da velocidade de equilíbrio de um caminhão 90 Fonte Adaptado de Setti 2002 p 52 Figura 38 Velocidade de Equilíbrio de um caminhão Observe que no gráfico da Figura 38 há duas curvas de resistência uma inferior que considera somente a resistência de rolamento e a resistência aerodinâmica e a outra superior que soma a resistência de rampa às resistências anteriores Observe que a velocidade de equilíbrio varia primeiro em relação às resistências consideradas e segundo quanto às reduções das marchas do veículo Porém devemos nos lembrar que os pedais do acelerador na maioria das vezes não são pressionados ao máximo Nesses casos a curva de esforço trator é alterada Para compreender melhor observe a Figura 39 Fonte Adaptado de Setti 2002 p 52 Figura 39 Velocidade de equilíbrio para motores funcionando com potência menor do que a máxima 91 Observe que abaixo da curva da terceira marcha temos uma curva em linha tracejada Essa curva que chamaremos de curva A representa o funcionamento do motor na terceira marcha com uma potência de 77 do seu valor máximo Considerando a curva de resistência chamada de curva B temos a resistência em um trecho inclinado 𝑅𝑡 𝑅𝑔 Podemos perceber que as curvas A e B se interceptam em dois pontos diferentes um na velocidade próxima a 20 kmh e outro na velocidade de 40 kmh Neste caso temos duas velocidades de equilíbrio Em uma o motor trabalha a 1092 rpm com o veículo a 20 kmh e no outro o motor trabalha a 2426 rpm com o veículo a 40 kmh Além disso percebemos também que para este caso nem a quarta e nem a quinta marcha poderiam ser utilizadas A determinação da velocidade de equilíbrio pelo método gráfico é muito mais simples e viável sendo possível sua determinação utilizando planilhas eletrônicas como o Microsoft Excel muito facilmente 38 Frenagem Para a Engenharia de Transportes um dos aspectos mais importantes do deslocamento dos veículos é a sua capacidade de frenagem que dita diferentes aspectos no planejamento de uma rodovia como a distância de visibilidade de frenagem a escolha dos materiais de revestimento a localização de interseções os limites de velocidade etc Um veículo que trafega em uma rodovia a uma velocidade inicial 𝑣0 e aciona seu sistema de frenagem tem as seguintes forças atuando sobre si 𝑴 𝒂 𝑭𝒃𝒇 𝑭𝒃𝒕 Equação 381 Em que 𝑴 é a massa do veículo kg 𝒂 é a desaceleração de frenagem ms² 𝑭𝒃𝒇 é a força de frenagem no eixo dianteiro N 𝑭𝒃𝒕 é a força de frenagem no eixo traseiro N 𝑭𝒃 é a força de frenagem somando 𝑭𝒃𝒇 e 𝑭𝒃𝒕 N 92 A força de frenagem máxima 𝐹𝑏𝑚𝑎𝑥 do veículo é limitada pelo fator de aderência da superfície de contato e pode ser dada pela equação 382 𝑭𝒃𝒎𝒂𝒙 𝑮 𝒇 Equação 382 Em que 𝑮 é o peso do veículo kN 𝒇 é o fator de aderência A desaceleração máxima de frenagem é definida na equação 383 𝒂𝒎𝒂𝒙 𝑭𝒃𝒎𝒂𝒙 𝑴 𝑮 𝒇 𝑴 𝑴 𝒈 𝒇 𝑴 𝒈 𝒇 Equação 383 Em que 𝒂𝒎𝒂𝒙 é a desaceleração máxima ms² 𝒈 é a aceleração da gravidade ms² 𝒇 é o fator de aderência entre pneu e pavimento E a distância mínima de frenagem é dada na equação 384 𝒅𝒎𝒊𝒏 𝟏 𝟐 𝒂𝒎𝒂𝒙 𝒗𝟎² 𝒗𝟎² 𝟐 𝒈 𝒇 Equação 384 Em que 𝒅𝒎𝒊𝒏 é a distância mínima de frenagem m 𝒗𝟎 é a velocidade inicial do veículo ms Você deve ter notado que as distâncias o tempo e as velocidades apresentados são considerados em unidades de metros segundos e metros por segundo respectivamente Porém no projeto de rodovias é muito mais comum que se utilize as velocidades em quilômetros por hora então se reescrevermos a equação 385 temos 𝑫 𝑽² 𝟐𝟓𝟒 𝒇 Equação 385 Em que 𝑫 é a distância de frenagem m 𝑽 é a velocidade inicial do veículo kmh 93 Você pode estar se questionando se nesses cálculos não deveríamos considerar as forças que causam resistência ao movimento A título de simplificação podemos desprezar o efeito das resistências de rolamento e aerodinâmica primeiro porque sua influência no processo de frenagem é muito baixa e segundo porque ao desacelerar o veículo sua velocidade começa a diminuir gradativamente consequentemente a magnitude dessas forças também diminui Dessa forma desprezar tais forças não traz muitas implicações nestes cálculos No entanto para os casos em que os veículos estão em trechos inclinados a inclinação da rampa causa um grande efeito no processo de desaceleração As equações 386 e 387 demonstram o efeito da rampa na desaceleração do veículo sendo que a primeira apresenta a situação em declive e a segunda a situação em aclive 𝑴 𝒂 𝑮 𝒔𝒆𝒏 𝜶 𝑭𝒃 𝟎 Equação 386 𝑴 𝒂 𝑮 𝒔𝒆𝒏 𝜶 𝑭𝒃 𝟎 Equação 387 Em que 𝑮 é a o peso do veículo N 𝜶 é o ângulo entre a rampa e a horizontal 𝑭𝒃 é a força de frenagem O valor da força de frenagem 𝐹𝑏 na rampa é dado pela equação 388 𝑭𝒃 𝑭 𝒇 𝐜𝐨𝐬 𝜶 Equação 388 Considerando então as equações 386 387 e 388 temos a desaceleração de frenagem exposta pela equação 389 𝒂 𝒈𝒇 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝒔𝒆𝒏 𝜶 Equação 389 Os ângulos das rampas nas rodovias geralmente são muito pequenos considerando a inclinação das rampas como 𝑚 em valores de ou m100 m podemos definir os valores de ângulo 𝛼 pelas Equações 3810 no aclive e 3811 no declive 𝜶 𝒈 𝒇 𝟎 𝟎𝟏 𝒎 Equação 3810 94 𝜶 𝒈 𝒇 𝟎 𝟎𝟏 𝒎 Equação 3811 Para os trechos em rampa a distância de frenagem passa a ser expressa pela equação 3812 Essa mesma equação pode ser usada para determinação da distância mínima de visibilidade para rampas verticais 𝑫 𝑽² 𝟐𝟓𝟒 𝒇 𝟎 𝟎𝟏 𝒎 Equação 3812 Os valores do coeficiente de aderência levam em conta a resistência aerodinâmica e de rolamento além da questão da aderência da própria pista e da inércia Os valores mais comumente utilizados são dados na Tabela 35 Tabela 35 Valores do coeficiente de aderência Velocidade inicial kmh Aderência 35 040 40 038 50 034 55 032 65 031 70 030 80 030 90 029 95 029 105 029 110 028 Fonte Adaptado de Setti 2002 39 Eficiência de Frenagem O sistema de frenagem de um veículo rodoviário só pode ser utilizado com sua capacidade total se o coeficiente de aderência da pista for alto o suficiente Pavimentos secos têm valores altos de coeficiente de atrito de 08 a 10 para um intervalo de velocidade entre 20 e 80 kmh Já pavimentos molhados apresentam uma queda de aderência ficando de 04 a 08 para velocidades de 20 kmh e de 06 a 02 para velocidade de 80 kmh 95 Esses valores podem ser vistos graficamente na Figura 310 Fonte Adaptado de Setti 2002 Figura 310 Relação entre o coeficiente de aderência a velocidade e as condições do pavimento Podemos determinar a eficiência de frenagem de um veículo se soubermos a desaceleração máxima que esse veículo pode desempenhar sem que suas rodas travem em uma rodovia com coeficiente de atrito conhecido Essa eficiência é dada pela equação 391 𝜼𝒇 𝒂 𝒈 𝒇 Equação 391 Em que 𝜼𝒇 é a desaceleração máxima ms² 𝒂 é a desaceleração máxima sem travamento das rodas ms² 𝒈 é a aceleração da gravidade ms² 𝒇 é o coeficiente de aderência entre pneu e pavimento A determinação da eficiência da frenagem também poderia ser determinada pela razão entre as distâncias de frenagem 𝐷 e 𝑑 como mostram as equações 392 e 393 apresentadas primeiramente no subtema anterior e repetidas a seguir 96 𝑫 𝑽² 𝟐𝟓𝟒 𝒇 𝟎 𝟎𝟏 𝒎 Equação 392 𝒅 𝒗𝟎² 𝟐 𝒈 𝒇 𝒗𝟎² 𝟐 𝒂 Equação 393 Geralmente a eficiência de frenagem de caminhões que circulam com pneus bem conservados e em pavimentos íntegros varia de acordo com a situação de carregamento do veículo Caminhões bem carregados possuem uma eficiência próxima de 70 já os caminhões descarregados ou parcialmente carregados têm uma eficiência de 40 a 50 Além disso pneus e pavimentos precários causam uma queda ainda maior da eficiência de frenagem 310 Estabilidade lateral em curvas Quando tratamos da estabilidade lateral de veículos rodoviários em uma curva horizontal estamos abordando os riscos do veículo de tombamento e escorregamento que estão ligados às forças que atuam sobre um corpo rígido que descreve um movimento circular As forças atuantes em um caminhão que percorre uma trajetória circular em uma pista que não possui uma superelevação lateral podem ser observadas na Figura 311 Fonte Setti 2002 p 66 Figura 311 Forças que atuam sobre o veículo em uma via sem superelevação 97 A força centrífuga representada por 𝑀 𝑎𝑐 é balanceada pelos esforços de atrito laterais indicados por 𝐹𝑦𝑖 e 𝐹𝑦𝑒 que são forças que atuam nos pontos de contato entre pneu e pavimento A aceleração centrífuga 𝑎𝑐 varia conforme o raio da curva 𝑅 e a velocidade do veículo 𝑣 A equação 3101 usada para calcular a aceleração centrífuga é apresentada abaixo 𝒂𝒄 𝒗² 𝑹 Equação 3101 As forças 𝐹𝑧𝑗 e 𝐹𝑧𝑒 em um trecho reto correspondem cada uma a metade do peso do veículo Em uma curva a força centrífuga aplica um momento em torno da roda externa do veículo provocando uma transferência do peso da roda interna para a externa Esse desequilíbrio pode provocar instabilidades laterais na curva podendo ser a derrapagem que é um escorregamento lateral ou o tombamento que é a capotagem do veículo O coeficiente de atrito lateral na interface do pneupavimento determina se haverá primeiro o escorregamento ou o tombamento Se o atrito for muito pequeno o veículo escorrega antes de tombar no entanto se o atrito for grande o tombamento pode ocorrer antes de escorregar Para se evitar o risco de escorregamento nas pistas é utilizada a superelevação da via uma inclinação no eixo transversal da pista que cria uma componente do peso que junto com o atrito lateral ajuda a equilibrar as forças de contrabalanceamento da força centrífuga Um esquema das forças pode ser visto na Figura 312 98 Fonte Setti 2002 p 67 Figura 312 Forças que atuam sobre o veículo em uma via com superelevação O raio mínimo de uma curva pode ser determinado pela equação 3102 em função da velocidade de projeto do coeficiente de atrito e da superelevação lateral 𝑹𝒎𝒊𝒏 𝒗² 𝟏𝟐𝟕 𝒆 𝒇 Equação 3102 Em que 𝑹𝒎𝒊𝒏 é o raio mínimo da curva m 𝒗 é a velocidade de projeto kmh 𝒆 é a superelevação lateral mm 𝒇 é o coeficiente de atrito lateral O valor do coeficiente de atrito lateral varia de acordo com a velocidade dos veículos Esses valores são mostrados na Tabela 36 Tabela 36 Valores do coeficiente de aderência V kmh 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 f 040 016 015 015 014 013 013 012 012 011 Fonte Adaptado de Setti 2002 O tombamento é um evento que acontece por conta do momento que atua na superfície de contato entre o pneu e o pavimento Nesse caso a força normal que age 99 sobre a força interna diminui podendo levantarse da pista e fazendo com que todo o peso do caminhão seja suportado pela roda externa Nesses casos a superelevação transversal da pista também é utilizada para evitar o tombamento do veículo Outra estratégia para evitar o tombamento do veículo é a determinação de uma aceleração lateral máxima de forma que quanto menor a aceleração lateral máxima maior é a tendência ao tombamento A aceleração centrífuga 𝑎𝑐 pode ser determinada em função da velocidade do caminhão 𝑣 e do raio da curva 𝑅 como mostra a equação 3103 𝒂𝒄 𝒗² 𝑹 Equação 3103 Em que 𝒂𝒄 é aceleração centrífuga ms² 𝒗 é a velocidade de projeto m 𝑹 é o raio da curva m Conclusão Neste bloco identificamos que o modo rodoviário é desempenhado sobre os pavimentos rodoviários Os pavimentos rodoviários são estruturas divididas em camadas que têm a função de receber os esforços do tráfego e distribuílos para o solo Conforme o revestimento utilizado no pavimento os pavimentos podem ser classificados como rígidos quando o revestimento é em concreto ou flexíveis quando o revestimento é asfáltico O motor de um veículo rodoviário funciona em velocidades muito altas e para gerar o movimento dos eixos motrizes é necessário um sistema de transmissão que altera a direção dos esforços e os compatibiliza com a capacidade dos eixos motrizes Como consequência os veículos rodoviários são equipados com diferentes marchas apropriadas para diferentes intervalos de velocidade 100 Devido a este sistema de marchas a determinação da força motriz de um veículo rodoviário resulta em uma função descontínua que graficamente não é representada por uma única curva A cada intervalo de velocidade uma determinada força motriz pode ser utilizada a depender da marcha do veículo Em relação à resistência ao movimento sobre o veículo vemos que as resistências de rolamento e aerodinâmica atuam sobre ele a qualquer momento e a resistência de rampa atua somente em trechos inclinados Já a resistência de curva não é uma componente fundamental no modo rodoviário ao contrário da mecânica de locomoção ferroviária e é desconsiderada A determinação da velocidade de equilíbrio para os veículos rodoviários acontece de forma gráfica de um jeito muito parecido com os veículos ferroviários Porém devido à descontinuidade da função da força motriz em diferentes intervalos de velocidade muitas vezes a velocidade de equilíbrio do veículo pode acontecer em marchas e velocidades diferentes O sistema de frenagem dos veículos rodoviários também funciona de forma diferente dos veículos ferroviários mas alguns aspectos como a velocidade inicial do veículo a força de desaceleração e as condições de atrito entre a superfície rodante e a superfície de rolamento são fundamentais para sua compreensão Além disso a frenagem também está ligada ao peso do veículo e à condição física dos pneus e da superfície de rodagem por isso nem sempre o sistema de frenagem de um veículo rodoviário é utilizado com toda sua eficiência sendo possível estimar a ineficiência da frenagem do veículo com base nas distâncias de frenagem máxima e efetiva Por fim o último subtema do nosso bloco tratou da influência da curva na movimentação dos veículos rodoviários e apresentou os dois problemas mais comuns em curvas mal projetadas o tombamento e o escorregamento de veículos Para evitar tais problemas as vias são projetadas com uma inclinação transversal capaz de garantir o equilíbrio das forças que atuam sobre o veículo e com um raio mínimo que seja seguro para o veículo percorrer a trajetória circular 101 REFERÊNCIAS ABNT NBR 7207 Terminologia e Classificação de Pavimentação 1982 BERNUCCI Liedi Bariani MOTTA Laura Maria Goretti Da CERATTI Jorge Augusto Pereira SOARES Jorge Barbosa Pavimentação asfáltica 1 Introdução Pavimentação asfáltica Formação básica para engenheiros S l p 124 2010 MANNERING Fred L WASHBURN Scott S Principles of highway engineering and traffic analysis sl sn v 28 DOI 105860choice280980 SANTANA Humberto Manual de PréMisturados a Frio 1 ed ed Rio de Janeiro IBP Comissão de Asfalto 1993 SETTI José Reinaldo A Tecnologia de transportes São Carlos SP Apostila para a Disciplina Tecnologia de Transportes Programa de Pós Graduação em Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo 2002 SOUZA M L Pavimentação Rodoviária 2 ed ed Rio de Janeiro LTC Editora 1980 Bibliografia Complementar PAVELSKI Luziane M Gestão de sistema de transporte público na atualidade Curitiba Intersaberes 2020 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração modal São Paulo Cengage Learning 2012 Ebook FERNANDES Elton T Transporte aéreo no Brasil uma visão de mercado Rio de Janeiro Elsevier 2016 Ebook ALBANO João Fortini Vias de transporte Porto Alegre Bookman 2016 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração multimodal São Paulo Cengage 2012 Ebook PINTO Salomão Pavimentação asfáltica conceitos fundamentais sobre materiais e revestimentos asfálticos Rio de Janeiro LTC 2018 Ebook 102 ALFREDINI Paolo ARASAKI Emilia Engenharia portuária a técnica aliada ao enfoque logístico São Paulo Blucher 2013 Ebook STEFLLER Fábio Via permanente aplicada guia teórico e prático Rio de Janeiro LTC 2013 Ebook TULER Marcelo SARAIVA Sérgio Fundamentos de Topografia Porto Alegre Bookman 2014 Ebook MCCORMAC Jack et al Topografia 6 ed Rio de Janeiro LTC 2017Ebook CASTRO Pery Cesar Gonçalves Concreto asfáltico para rodovias Porto Alegre EDIPUCRS 2015 Ebook MEDINA Jaques Motta Laura Maria Goretti Mecânica dos pavimentos 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2015 Ebook PENN Michael R Introdução à infraestrutura para engenharia civil e ambiental Rio de Janeiro LTC 2017 Ebook ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 7187 projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido procedimento Rio de Janeiro 2003 Ebook SANTOS Silvio Transporte ferroviário história e tecnicas Sao Paulo Cengage Learning 2011 Ebook CAMPOS Vânia B G C Planejamento de transportes conceitos e modelos Rio de Janeiro Interciência 2013 Ebook FRACASSI Geraldo Proteção de rios com soluções Maccaferri São Paulo Oficina de textos 2017 Ebook SHIRATO Vitor Rhein Aguillar Fernando Heren coord Transportes aquaviários São Paulo Saraiva 2012 Ebook QUALIDADE e produtividade nos transportes 2ed São Paulo Cengage 2015 Ebook 103 SCHLUTER Mauro Roberto Sistemas logistícos de transportes Curitiba Intersaberes 2013 Ebook SARACENI Pedro Paulo Transporte marítimo de petróleo e derivados 2ed Rio de Janeiro Interciência 2012 Ebook 104 4 ENGENHARIA DE TRÁFEGO Apresentação Nos blocos anteriores da disciplina de Engenharia de Transportes nos dedicamos a analisar os processos de locomoção de veículos de forma individualizada No entanto quando precisamos investigar rodovias muito movimentadas é um pouco mais complicado ter de considerar o comportamento individual de cada veículo que está na via ao mesmo tempo Por conta disso neste bloco vamos iniciar os estudos da Engenharia de Tráfego uma grande área da Engenharia de Transportes que é responsável pelo planejamento projeto e operação dos sistemas viários e seu entorno Na Engenharia de Tráfego no lugar do comportamento individual dos motoristas e dos veículos as análises são feitas com base nas correntes de tráfego que são os conjuntos de veículos que se deslocam simultaneamente em uma mesma via e que possuem parâmetros que indicam a qualidade dos deslocamentos No primeiro subtema vamos ter uma noção geral da Engenharia de Tráfego Em seguida vamos compreender o que são as correntes de tráfego e como representálas graficamente por meio dos diagramas espaçotempo Depois vamos ver os principais parâmetros das correntes de tráfego o volume a densidade e a velocidade e suas respectivas relações Com esses conceitos definidos podemos iniciar os estudos de análise macroscópica e microscópica dos sistemas de transporte 41 Engenharia de Tráfego e conceitos gerais A Engenharia de Tráfego é uma das áreas da Engenharia de Transportes e é responsável pelo planejamento projeto e operação de ruas rodovias terrenos adjacentes e pela interação entre os diferentes modos de transporte e seus terminais PANDE WOLSHON 2015 105 Inicialmente os primeiros estudos da Engenharia de Tráfego eram voltados para expansão da capacidade das rodovias construindo novas vias e ampliando as vias já existentes Com o passar do tempo e com o aumento dos congestionamentos foi se percebendo que aumentar a capacidade das vias era uma solução temporária e que o problema dos congestionamentos voltava a surgir depois de um tempo Com isso a gestão da demanda do tráfego passou a ser considerada nos estudos como uma forma de abordagem do tráfego Nos dias atuais a Engenharia de Tráfego tem o papel de disponibilizar uma variedade de projetos e controles que possam facilitar a segurança e a eficiência dos deslocamentos dos envolvidos nos sistemas de transportes Em áreas urbanas a Engenharia de Tráfego se preocupa em propor alternativas que consigam diminuir as velocidades de deslocamento com o objetivo de criar um ambiente mais seguro para os usuários sem deixar de incentivar às atividades econômicas que são desempenhadas em áreas centrais que contribuem para a economia urbana De forma geral a Engenharia de Tráfego atua em pelo menos cinco grandes áreas interrelacionadas estudos de caracterização do tráfego operação planejamento projeto geométrico e administração Os estudos de caracterização do tráfego visam a identificação de aspectos importantes dos elementos presentes no tráfego como os usuários e veículos mas também analisa parâmetros importantes como a velocidade o tempo de viagem atrasos e a capacidade dos modos de transporte A operação do tráfego envolve a análise de normas e medidas regulatórias além de definir sistemas de sinalização e controle como os semáforos O planejamento do tráfego envolve questões relacionadas à demanda por viagens que exige uma oferta compatível Dessa forma cabe ao planejamento identificar esses aspectos e adequar o tráfego às necessidades O projeto geométrico do ponto de vista da Engenharia de Tráfego deve se adequar à forma de operação de veículos como as velocidades de projeto os raios de curva as 106 distâncias de visibilidade etc A administração do tráfego envolve processos regulatórios que vão desde campanhas de educação a até mesmo métricas para regulação do serviço Os principais usuários envolvidos na Engenharia de Tráfego são os motoristas os pedestres os ocupantes de veículos e a população e o ambiente que convivem com os efeitos dos sistemas de transporte como poluição acidentes acessibilidade etc Para os estudos de Engenharia de Tráfego a maior atenção será dada aos motoristas e veículos do sistema Algumas características são inerentes e básicas aos motoristas e influenciam diretamente em seu comportamento Essas características estão relacionadas àqueles dois conceitos que foram apresentados no Bloco 1 da nossa disciplina a percepção e a reação Um motorista no trânsito está o tempo todo recebendo diferentes estímulos e adequando seu comportamento conforme o estímulo recebido A percepção consiste na recepção desses estímulos que estão diretamente ligados aos sentidos e são reconhecidos pelo nosso cérebro num processo denominado identificação Com base em memórias de situações passadas isso nos permite compreender o que estamos vendo por exemplo Então passamos por um processo de julgamento em que tomamos a decisão do que devemos fazer diminuir a velocidade desviar acelerar etc e a execução dessa decisão é chamada de reação Essa sequência de fatores é comumente abreviada como PIEV por conta dos termos em inglês A tradução dos termos e um fluxograma ilustrativo desse processo é apresentado na Figura 41 Fonte Autor 2022 Figura 41 Fluxograma de percepção e reação PIEV 107 A percepção como indicado consiste na recepção de estímulos e sensações relacionados diretamente aos sentidos humanos sobretudo a visão Como a visão tem um papel fundamental da percepção dos estímulos do trânsito devemos levar em conta duas características que ditam nossa forma de percepção A primeira é a nossa acuidade visual que determina o quão bem enxergamos detalhes pequenos e distantes A acuidade visual considerada como normal é de 2020 Para o trânsito é exigido uma acuidade visual mínima de 2040 que está relacionada ao tamanho das sinalizações verticais e horizontais A segunda característica fundamental para a percepção é a visão periférica Os olhos humanos tem um campo de visão de 50 acima e 70 abaixo do plano horizontal e lateralmente de 90 tanto para a direita e quanto para esquerda PANDE WOLSHON 2015 No entanto em toda essa abrangência apenas parte dos elementos é perfeitamente visível Estes elementos se encontram em um cone visual de 120 a 180 no plano horizontal e 145 no plano vertical Enquanto a nossa acuidade visual permite que enxerguemos os detalhes de placas e dos elementos presentes no trânsito a uma distância em que temos tempo hábil para tomar decisões a visão periférica se relaciona com a percepção de elementos ao nosso redor que não estejam necessariamente no nosso foco visual Essas duas características podem variar de acordo com o indivíduo ou a situação Por exemplo uma característica individual que afeta a visão periférica é a idade sendo que pessoas mais velhas têm uma menor abrangência da visão periférica quando comparado à uma pessoa mais jovem Quanto a fatores situacionais podemos identificar que a velocidade também tem a capacidade de alterar nosso campo focal e visão periférica Além disso outros elementos como a sensibilidade a contrastes a adaptação a mudança de luminosidade o efeito do brilho na visão e o movimento na profundidade ou distância focal também impactam diretamente na nossa percepção visual 108 Uma vez que o estímulo é percebido nosso cérebro inicia o processo de identificação em que tenta reconhecer o estímulo que foi recebido de acordo com as experiências passadas Esse processo de identificação avalia o evento em dois tipos de situações situações costumeiras e situações atípicas As situações costumeiras são aquelas às quais já estamos condicionados a ter determinados reflexos ou reações enquanto as situações atípicas são situações novas que exigem uma reação mais complexa com a qual não estamos habituados Para evitar acidentes e situações indesejadas um bom engenheiro de tráfego deve planejar a pista para evitar situações muito adversas e incomuns Por conta disso há uma padronização dos elementos de sinalização e do projeto geométrico das vias de forma que se minimizem as situações atípicas que exigem mais tempo de reação do motorista Após o processo de identificação o cérebro do motorista inicia o processo de decisão em que avalia se o veículo deve desacelerar para parar ou se é necessário desviar de um obstáculo Para Engenharia de Tráfego esse processo geralmente é irracional e está ligado a outros fatores como a velocidade a habilidade do motorista experiências anteriores do motorista condições psíquicas do motorista se o motorista está cansado distraído ou sob efeito de substâncias embriagantes Por fim a decisão do motorista se concretiza e uma resposta ao estímulo é executada seja ela de pisar no freio ou girar o volante para desviar de um obstáculo Ao iniciar o movimento para tomar tal decisão o tempo de percepção e reação é encerrado independentemente da resposta do veículo e do tempo que pode levar para parar completamente seu movimento por exemplo O tempo total de percepção e reação do motorista é muito curto durando entre 15 e 25 segundos e nesse curto intervalo todos esses processos acontecem de forma praticamente involuntária e automática 109 42 Correntes de fluxos veiculares e o diagrama espaçotempo O Bloco 3 da nossa disciplina abordou as questões de locomoção dos veículos rodoviários em que pudemos ver como se dá seu deslocamento de acordo com as características do veículo e das vias No entanto essa abordagem trata dos veículos de uma forma unitizada algo que não é muito comum para a Engenharia de Tráfego Geralmente na prática o movimento dos veículos não é determinado por suas características individualizadas mas sim pela presença de outros veículos na via Quando muitos veículos estão em uma mesma via o comportamento individual do veículo deixa de ser tão importante e o foco passa a ser no conjunto de elementos que forma a corrente de tráfego Ou seja enquanto nas análises de mecânica de locomoção veicular se observa o movimento de apenas um veículo sem considerar sua interação com outros veículos nos modelos de corrente de tráfego devemos levar em consideração o uso simultâneo da via e a interação entre diferentes veículos Uma das principais formas de se avaliar o fluxo de veículos é por meio do diagrama espaçotempo um diagrama que foi criado com a intenção de visualizar a movimentação de veículos ferroviários e controlar o tráfego nos trechos entre pátios de manobra Esse diagrama expressa a relação da posição de um veículo que compõe a corrente de tráfego em relação ao tempo Nesse diagrama o eixo das abscissas representa o tempo enquanto o eixo das ordenadas representa a posição do veículo na via dentro de um determinado trecho Um exemplo desse diagrama pode ser observado na Figura 42 110 Fonte Setti 2002 p 78 Figura 42 Diagrama espaçotempo No gráfico da Figura 42 podemos observar o movimento de cinco veículos ferroviários diferentes em um determinado trecho cada curva representando um dos cinco trens A vantagem da utilização do diagrama espaçotempo é fazer inferências interessantes a respeito desses deslocamentos Por exemplo observando o diagrama conseguimos ver que no instante 𝑡 0 alguns trens 1 e 2 já estão em movimento enquanto os trens 3 4 e 5 chegam no trecho em diferentes tempos diferentes de 0 Dois parâmetros que podemos obter a partir da análise dos diagramas é o headway e o espaçamento que são dois parâmetros que falam muito sobre o comportamento individual dos veículos dentro das correntes de tráfego O headway é entendido como o intervalo de tempo entre a passagem de dois veículos sucessivos em um mesmo ponto O espaçamento é a distância entre dois veículos em um determinado momento Para análise dos dois parâmetros são considerados pontos de referência comuns aos dois veículos 111 Se você observar novamente o diagrama da Figura 42 você poderá ver que 1 se considerarmos um instante 𝑡𝐴 podemos ver que o trem 2 e o trem 3 possuem uma certa distância entre eles essa distância é o espaçamento 2 ao mesmo tempo quando consideramos uma posição 𝑑𝐴 podemos observar que há certo intervalo de tempo entre a passagem do trem 3 e do trem 4 naquele mesmo ponto que é o headway Ao longo da trajetória dos cinco trens é possível notar que os valores de headway e de espaçamento variam bastante Isso acontece porque tanto o espaçamento quanto o headway variam de acordo com a velocidade dos veículos principalmente quando essas velocidades não são constantes ao longo do trecho Desse mesmo diagrama podemos extrair também a velocidade média em um determinado trecho e a velocidade instantânea do veículo em um determinado instante A velocidade instantânea do veículo é determinada pela reta tangente à curva definida pela derivada da curva Já a velocidade média pode ser calculada determinandose o coeficiente angular da reta que liga os pontos 𝑡𝐴 𝑑𝐴 e 𝑡𝐵 𝑑𝐵 como mostra a equação 421 𝒗𝒎 𝒅𝑩 𝒅𝑨 𝒕𝑩 𝒕𝑨 𝒎𝒔 Equação 421 Em que 𝒗𝒎 é a velocidade média ms 𝒅𝑨 é a posição A m 𝒅𝑩 é a posição B m 𝒕𝑨 é o instante inicial A s 𝒕𝑩 é o instante final B s As correntes de tráfego podem ser divididas em dois tipos as correntes de fluxo ininterrupto e as correntes de fluxo interrompido As correntes de fluxo ininterrupto ou também de fluxo contínuo são aquelas em que não há interseções semaforizadas ou sinais de pare o que é comum em rodovias de pista simples ou dupla vias expressas e as emblemáticas rodovias estadunidenses chamadas de freeways As correntes de fluxo interrompido possuem elementos de controle como os sinais de 112 pare e os semáforos elas geralmente acontecem em vias arteriais urbanas e suburbanas Quanto aos estudos da Engenharia de Tráfego é importante saber que o tráfego pode ser estudado de forma macroscópica ou microscópica de acordo com a distribuição de veículos no trecho o nível de detalhamento e consequentemente os modelos que serão utilizados Os modelos de estudo microscópicos analisam o comportamento da corrente ou fluxo do tráfego considerando os comportamentos individuais dos veículos Os estudos microscópicos são empregados para estudar situações estocásticas que fogem um padrão de comportamento em que as características dos veículos e condutores varia aleatoriamente Os modelos macroscópicos são aqueles que tratam o fluxo de veículos em sua totalidade sem distinguir os comportamentos individuais Para os modelos macroscópicos o comportamento dos condutores e dos veículos é homogêneo e uniforme operando em um estado denominado steady state ou estado de estabilidade Existem alguns parâmetros importantes ligados às correntes de tráfego que são a velocidade a densidade e o volume do tráfego Esses parâmetros serão abordados com maiores detalhes no subtema seguinte 43 Parâmetros das correntes de tráfego Volume Neste ponto da nossa disciplina já deve ter ficado clara a importância que os sistemas de transporte têm para a sociedade O transporte rodoviário é um dos modos de transporte mais utilizado não só no Brasil mas em todo o mundo seja por conta do transporte de cargas em rodovias ou por conta dos deslocamentos de passageiros Devido a essa grande importância sobretudo no cenário econômico a Engenharia de Transportes tem grande foco nos estudos voltados para a análise de fluxo de veículos Para compreender e consequentemente planejar o tráfego é importante saber quais os princípios e parâmetros que o definem 113 Para o estudo das correntes de tráfego é mais comum considerarmos os modelos macroscópicos e seus parâmetros de análise velocidade volume e densidade O volume de tráfego também chamado de fluxo de veículos é compreendido como o número de veículos que passa por um ponto em uma via em um dado intervalo de tempo que pode ser horas dias ou anos Dessa forma os valores de volume geralmente são dados pela razão de veículos por unidade de tempo como veich veicdia etc Para medir o volume de tráfego é necessário fazer uma contagem de veículos Essa contagem recebe o nome de contagem volumétrica e pode ser feita de forma manual ou utilizando equipamentos eletrônicos A Figura 43 apresenta duas formas de contagem volumétrica de veículos Fonte toowaret via Shutterstock Lee 2021 Figura 43 Contagem volumétrica de veículos utilizando um sensor eletrônico na pista ou por meio de filmagens e softwares As contagens volumétricas consideram a passagem de veículos em pontos preestabelecidos e têm o objetivo de determinar a quantidade de veículos que passa por este ponto podendo ou não distinguir os veículos conforme seus tipos automóveis motocicletas caminhões ônibus etc ou eixos além de diferenciar o volume de veículos de acordo com as faixas de tráfego Como vimos no subtema anterior existe um intervalo de tempo entre a passagem de cada veículo chamado headway Esse intervalo tem uma relação direta com o volume 114 de tráfego Para compreender essa relação considere que uma contagem volumétrica registrou o número de veículos e o intervalo de tempo entre eles A pesquisa inteira foi realizada em um intervalo de tempo t e foram registrados n veículos e seus respectivos headways h A equação 431 demonstra que a soma dos headways dos veículos é igual ao tempo total de contagem 𝐭 𝐡𝐢 𝐧 𝐢𝟏 Equação 431 O fluxo de veículos q é dado pela equação 432 que pode ser escrito de duas formas 𝐪 𝐧 𝐭 𝐧 𝐡𝐢 𝐧 𝐢𝟏 Equação 432 Por meio dessa relação também podemos obter o headway médio h desse fluxo pela equação 433 𝐡 𝐡𝐢 𝐧 𝐢𝟏 𝐧 Equação 433 E por fim podemos determinar que o fluxo de veículos apresentado na equação 432 também pode ser definido como o inverso do headway médio como mostra a equação 434 𝐪 𝟏 𝐡 Equação 434 Para os casos de planejamento dos sistemas de transporte ou análise de tendência de crescimento o valor de volume de tráfego geralmente é dado pelo número de veículos por dia Esses valores geralmente são obtidos de contagens volumétricas anuais em que se observa o número de veículos que passou por um trecho da via no período de um ano Empresas concessionárias muitas vezes optam pela apresentação de seus dados considerando o volume de veículos anual pois é mais fácil para se fazer algumas 115 correlações entre o fluxo anual e o número de acidentes que ocorreram ou de cobranças de pedágio por exemplo No entanto quando falamos dos volumes diários as métricas mais utilizadas são o VDMA e o VDM O volume diário médio anual VDMA é o volume de veículos anual dividido por 365 e assim representa o volume de veículos médio em 24 horas O volume diário médio VDM é aquele volume diário de veículos para contagens volumétricas que duraram um intervalo de tempo inferior a um ano O VDM pode ser obtido a partir de uma contagem que foi feita em dois dias uma semana um mês um semestre ou qualquer outro intervalo que seja inferior a um ano Por conta disso o VDM é válido apenas para o intervalo de tempo que foi medido Apesar de abordarmos o fluxo de veículos diário no planejamento de rodovias e nas análises operacionais não é muito comum se usar o volume diário pois o fluxo de veículos pode variar muito ao longo de um dia Geralmente nesses casos utilizamse contagens volumétricas obtidas nos horários de pico em que o sistema é mais exigido e a rodovia deveria suportar a demanda Você já deve ter notado em sua cidade que pela manhã há um grande fluxo de veículos em um determinado sentido geralmente partindo das regiões mais residenciais para as regiões comerciais e no final do dia esse fluxo é contrário Isso é um fenômeno comum na maioria dos lugares Por conta deste fenômeno o volume de tráfego em diferentes sentidos e em diferentes horários de pico variam muito pouco Dessa forma as vias são projetadas para suportar o maior volume de tráfego independente da direção do movimento Esses valores do fluxo de veículos no horário de pico podem ser obtidos a partir dos valores de VDMA mas para isso é necessário aplicar o fator de correção 𝐾𝑗 e o coeficiente 𝐷 de divisão direcional como mostra a equação 435 𝑽𝑷𝒋 𝑽𝑫𝑴𝑨 𝑲𝒋 𝑫 Equação 435 116 Em que 𝑽𝑷𝒋 é o volume direcional na jésima hora de pico veich 𝑽𝑫𝑴𝑨 é o volume médio diário anual veicdia Para o planejamento de rodovias vias rurais é comum considerarmos a 30ª hora de pico mais exigida do ano ou seja o valor 𝐾30 Para rodovias urbanas costumase utilizar o valor da 50ª hora de pico mais congestionada 𝐾50 Já o valor de D varia de 0 a 1 conforme a densidade populacional e a localização de polos geradores de viagem Ambos os valores são usualmente utilizados nas faixas apresentadas no Quadro 41 Quadro 41 Variação de 𝑲𝒋 e 𝑫 Tipo de via K D Rural 015 025 065 080 Suburbana 012 015 055 065 Urbana 007 012 055 060 Fonte Setti 2002 p 78 44 Parâmetros das correntes de tráfego Densidade Outro parâmetro fundamental para compreender o fluxo de veículos é a densidade de veículos que também pode ser chamada de concentração Esse parâmetro indica a compactação ou a intensidade do fluxo A densidade é definida com base no número de veículos que ocupam um determinado trecho da via num determinado instante Geralmente a densidade é dada em veickm mas há casos em que se deseja indicar a densidade de uma única faixa então a unidade utilizada é veickmfaixa A densidade está diretamente relacionada ao comprimento dos veículos Um mesmo trecho comporta muito mais veículos de 5 metros comprimento médio de um automóvel do que caminhões de 20 metros de comprimento Então quanto maior o comprimento dos veículos que estão utilizando a via menor é o número de veículos no trecho Dentre os três parâmetros que caracterizam o tráfego apresentados até agora a densidade é o mais importante deles pois está ligada diretamente à demanda da 117 rodovia Para compreender melhor isso é importante entender como se cria a demanda de uma rodovia A demanda da rodovia surge a partir dos polos geradores de viagem também chamados de PGVs que são empreendimentos com capacidade de produzir ou atrair uma grande quantidade de deslocamentos Os PGVs podem ser de diferentes tipos como supermercados escolas shoppings centers até mesmo universidades ou hospitais A localização dos PGVs está diretamente relacionada às políticas de uso e ocupação do solo que definem o uso e a intensidade das atividades que são desempenhadas na área urbana Por conta desse uso os polos geradores de viagem acabam sendo como o próprio nome diz a origem eou o destino de muitas viagens Essas viagens que são geradas envolvem a movimentação de pessoas e veículos que consequentemente ocupam as rodovias e acabam determinando o volume e a velocidade das correntes de tráfego Como a medição da densidade considera trechos delimitados é possível a partir dela avaliar medidas de qualidade das viagens Por exemplo a partir da densidade podemos inferir a proximidade dos veículos em uma via e o grau de liberdade e conforto que os motoristas têm para realização de manobras dentro do fluxo de veículos A Figura 44 mostra o exemplo de duas freeways que apesar de terem quantidades de faixas diferentes apresentam concentrações de veículos claramente contrastantes Fonte Hairem eugenio sma Via Shutterstock Figura 44 Exemplo de densidadeconcentração de veículos em rodovias distintas 118 45 Parâmetros das correntes de tráfego Velocidade A velocidade de forma geral é compreendida como a relação entre uma distância percorrida e o intervalo de tempo necessário para percorrêla No entanto uma corrente de tráfego é composta por diferentes veículos que se deslocam ao longo de um trecho e cada veículo da corrente se movimenta em uma velocidade diferente Por conta disso não é possível determinar a velocidade da corrente em si mas sim a velocidade média considerando as velocidades dos veículos que a compõem Do ponto de vista da Engenharia de Tráfego podemos determinar a velocidade média no tempo e a velocidade média no espaço A velocidade do fluxo na Engenharia de Tráfego é representada pela letra 𝑢 Quando tratamos da velocidade média no tempo usamos a notação 𝑢𝑡 e quando tratamos da velocidade média no espaço usamos 𝑢𝑠 Cada velocidade é determinada de uma forma diferente e tem significados distintos A velocidade média no tempo 𝑢𝑡 é medida em um determinado ponto da via e consiste na média aritmética das velocidades instantâneas dos veículos que percorreram uma mesma distância mas cada um em um determinado intervalo de tempo A equação 451 mostra como calcular a velocidade média no tempo 𝒖𝒕 𝟏 𝒏 𝒖𝒊 𝒏 𝒊𝟏 𝟏 𝒏 𝒅 𝒕𝒊 𝒏 𝒊𝟏 Equação 451 Em que 𝒏 é o número de veículos 𝒖𝒊 é a velocidade instantânea do iésimo veículo 𝒅 é o comprimento do trecho m 𝒕𝒊 é o tempo gasto pelo iésimo veículo para percorrer a distância d s 119 A velocidade média no espaço 𝒖𝒔 é a média harmônica das velocidades dos veículos e é calculada a partir da distância total viajada pelos veículos e o tempo gasto por eles Matematicamente essa relação é apresentada na equação 452 utilizando os mesmos parâmetros apresentados na equação 451 𝒖𝒔 𝒏 𝒅 𝒕𝒊 𝒏 𝒊𝟏 𝒏 𝟏𝒖𝒊 𝒏 𝒊𝟏 Equação 452 Além das velocidades médias no espaço e no tempo ainda há outras velocidades que são comumente utilizadas na Engenharia de Tráfego como a velocidade média de percurso a velocidade média em movimento e a velocidade de projeto A velocidade média de percurso é uma velocidade média no espaço que considera o tempo de percurso que é o tempo total que o veículo precisa para percorrer o trecho analisado A velocidade média em movimento por sua vez considera o tempo em movimento que é o tempo em que o veículo esteve de fato em movimento ao percorrer o trecho A velocidade média em movimento desconsidera o tempo em que o veículo esteve parado que pode ser chamado de atraso Caso não haja nenhum atraso no percurso a velocidade média de percurso será idêntica à velocidade média de movimento Também podese utilizar a velocidade de projeto que é a velocidade considerada no planejamento da via e que determinou uma série de aspectos da via como os raios de curva a distância de visibilidade etc A velocidade de projeto também é definida como a velocidade máxima que o veículo pode circular em uma via mantendo as condições de segurança do tráfego 120 46 Análise macroscópica do tráfego A análise das correntes de tráfego também pode ser chamada de análise macroscópica do tráfego Nesse tipo de análise um dos objetivos é determinar modelos matemáticos capazes de descrever as relações existentes entre os três principais parâmetros do tráfego velocidade densidade e volume Tais parâmetros relacionamse entre si de forma muito característica e este subtema tratará dessas relações Para começar é importante compreender a relação fundamental do tráfego que indica que o fluxo ou volume de veículos é igual ao produto da velocidade pela densidade como mostra a equação 461 𝒒 𝒖 𝒌 Equação 461 Em que 𝒒 é o volume de veículos veich 𝒖 é a velocidade média da corrente kmh 𝒌 é a densidade da corrente veickm As inferências que serão apresentadas ao longo do subtema se baseiam nessa relação entre os parâmetros e servem de base para os modelos de tráfego descrevendo como um parâmetro se comporta em função de outro por exemplo como a velocidade se comporta em função da densidade ou do volume A relação existente entre a velocidade e a densidade é relativamente simples pois algumas inferências podem ser observadas pensando nas situações práticas Por exemplo você já deve ter notado que em uma via muito movimentada os veículos costumam se deslocar muito mais devagar do que em comparação à mesma via mais vazia A relação entre velocidade e densidade mostra exatamente isso À medida que há um aumento da densidade há uma redução da velocidade Essa relação é dada de forma linear e é apresentada na Figura 45 Isso ocorre porque uma via com maior concentração de veículos tem uma margem muito menor para manobras e exige mais atenção e uma direção mais cuidadosa por parte dos motoristas 121 Caso a densidade cresça indefinidamente a velocidade diminui até chegar a zero quando o tráfego é totalmente parado Neste caso temos a densidade de congestionamento da via simbolizada por 𝑘𝑗 Por outro lado quando a densidade é muito pequena suficientemente próxima de zero temos o valor máximo de velocidade que corresponde à velocidade máxima permitida na via que na Engenharia de Tráfego é chamada de velocidade de fluxo livre simbolizada por 𝑢𝑓 A relação entre a velocidade e a densidade pode ser dada matematicamente pela equação 462 𝒖 𝒖𝒇 𝟏 𝒌 𝒌𝒋 Equação 462 Em que 𝒖 é a velocidade média da corrente de tráfego kmh 𝒖𝒇 é a velocidade de fluxo livre da corrente kmh 𝒌 é a densidade da corrente veickm 𝒌𝒋 é a densidade de congestionamento da corrente veickm Graficamente essa mesma relação é dada como mostra a Figura 45 Fonte Autor 2022 Figura 45 Relação entre densidade e velocidade 122 A relação entre volume e densidade é desenvolvida a partir da relação linear da velocidade e da densidade Substituindo o valor da equação 462 na equação 461 podese obter o modelo matemático apresentado na equação 463 𝒒 𝒖𝒇 𝒌 𝒌² 𝒌𝒋 Equação 463 Em que 𝒒 é o volume do tráfego veich 𝒖𝒇 é a velocidade de fluxo livre da corrente kmh 𝒌 é a densidade da corrente veickm 𝒌𝒋 é a densidade de congestionamento da corrente veickm Diferentemente da relação entre velocidade e densidade a relação entre volume e densidade é um polinômio de segundo grau e sua representação gráfica produz uma parábola como a que é mostra na Figura 46 Fonte Autor 2022 Figura 46 Relação entre Volume e Densidade O topo da parábola que é formada neste gráfico corresponde ao valor máximo de volume representado por 𝑞𝑚 que é entendido como a capacidade da via O valor de 123 𝑞𝑚 ocorre quando temos um valor de densidade 𝑘𝑚 chamado densidade crítica em que também temos uma velocidade crítica 𝑢𝑚 Os valores de 𝑞𝑚 𝑘𝑚 e 𝑢𝑚 podem ser determinados por meio das equações 464 465 e 466 𝒌𝒎 𝒌𝒋 𝟐 Equação 464 Em que 𝒌𝒎 é a densidade crítica do tráfego veich 𝒌𝒋 é a densidade de congestionamento veich 𝒖𝒎 𝒖𝒇 𝟏 𝒌𝒋 𝟐𝒌𝒋 𝒖𝒇 𝟐 Equação 465 Em que 𝒖𝒎 é a velocidade crítica kmh 𝒖𝒇 é a velocidade de fluxo livre kmh 𝒒𝒎 𝒖𝒎 𝒌𝒎 𝒖𝒇 𝒌𝒋 𝟒 Equação 466 Em que 𝒒𝒎 é a densidade do tráfego veich 𝒖𝒇 é a velocidade de fluxo livre kmh 𝒌𝒋 é a densidade crítica veich Por conta de sua representação parabólica para qualquer volume que não seja o volume máximo haverá dois valores de densidade um valor maior que a capacidade máxima e um valor menor Isso quer dizer que o volume sobre um ponto de controle pode ser pequeno devido à baixa densidade de veículos ou seja a via está mais vazia ou pode ser pequeno porque a densidade é tão grande que a via está congestionada Observe a Figura 47 em que temos em uma mesma via uma densidade muito alta em um sentido e uma densidade baixíssima no sentido oposto ilustrando a situação citada acima 124 Fonte Somphop Krittayaworagul Via Shutterstock Figura 47 Diferentes densidades em uma mesma via No caso em que a densidade é inferior à densidade crítica a via opera com capacidade abaixo da capacidade máxima a velocidade dos veículos na via é maior e temos a região chamada de fluxo livre Para valores de densidade superior à densidade crítica a via está operando com a capacidade superior à capacidade máxima as velocidades são mais baixas e estão na área denominada fluxo congestionado Dessa forma um valor de q igual a zero pode significar que a via está vazia e a velocidade é livre ou que a via está tão congestionada que a velocidade da corrente é nula Graficamente essas relações podem ser compreendidas na Figura 48 125 Fonte Autor 2022 Figura 48 Comportamento da velocidade da densidade e do volume de uma corrente de tráfego em fluxo livre ou fluxo congestionado A última relação que precisamos ver é a relação entre o volume e a velocidade que é definida também pela substituição da equação 462 rearranjada na equação 461 obtendo a equação 467 𝒒 𝒌𝒋 𝟏 𝒖𝒔² 𝒖𝒇 Equação 467 Em que 𝒒 é o volume da corrente de tráfego veich 𝒌𝒋 é a densidade de congestionamento veickm 𝒖𝒔 é a velocidade média no espaço kmh 𝒖𝒇 é a velocidade de fluxo livre kmh A expressão dessa relação graficamente também é uma parábola porém foge um pouco de algumas convenções pois os eixos são alternados como mostra a Figura 49 126 Fonte Autor 2022 Figura 49 Relação entre Velocidade e Volume Assim como vimos na relação volume e densidade há uma faixa de fluxo livre e uma faixa de fluxo congestionado No fluxo livre o volume é definido com velocidades superiores à velocidade crítica já no fluxo congestionado a velocidade é inferior à velocidade crítica A interpretação desse gráfico também nos mostra que tanto a velocidade igual a zero quanto a velocidade de fluxo livre têm um volume nulo pois ou a pista está totalmente congestionada de forma que nenhum veículo se movimenta ou a via está totalmente vazia Por fim é importante saber que as relações apresentadas desenvolvidas por Greenshields são válidas para fluxos contínuos em que não há interrupções por entrada saída e cruzamento de veículos da corrente de tráfego Essa realidade é mais comum em rodovias principalmente nos trechos distantes das interseções 47 Modelos microscópicos de tráfego Como vimos anteriormente a análise do tráfego pode ser feita tanto por modelos macroscópicos quanto por modelos microscópicos Os modelos macroscópicos tratam o tráfego considerando o seu fluxo ou seja o conjunto de veículos que se deslocam na via Já os modelos microscópicos se voltam às características individuais da locomoção dos veículos como os headways 127 Nessa visão microscópica podemos usar os modelos de tráfego determinísticos que consideram constante o intervalo de tempo entre as chegadas de veículos em um certo ponto Os modelos determinísticos que também podem ser chamados de modelos uniformes são vistos na prática quando veículos que estão em uma fila como de um semáforo começam a partir Quando tratamos da chegada de veículos em filas já não podemos considerar o headway de chegada como uniforme ou constante porque esse valor é aleatório Nestes casos no lugar dos modelos determinísticos é comum usarmos modelos estocásticos em que o headway de chegada é aleatório Para tornar o modelo ainda mais próximo da realidade podemos ajustálo a uma função de densidade de probabilidade e com isso determinar a distribuição estatística que mais representa o headway dos veículos Diferentes modelos microscópicos se baseiam na taxa média de chegada dos veículos que matematicamente é igual ao inverso do headway médio Na prática é muito mais simples contar os veículos que passam por um ponto do que o intervalo de tempo headway entre eles Então por meio da distribuição de Poisson podemos determinar a taxa de chegadas dos veículos como mostra a equação 471 𝑷𝒏 𝝀𝒕𝒏𝒆𝝀𝒕 𝒏 Equação 471 Em que 𝑷𝒏 é a probabilidade de n veículos passarem por um ponto durante um tempo t 𝝀 é a taxa média de chegadas veics 𝒕 é o intervalo de tempo da observação s 128 A distribuição de Poisson parte do princípio de que o tempo entre as chegadas dos veículos em um determinado ponto ou seja o headway tem uma distribuição exponencial Dessa forma a probabilidade de não se observar nenhuma chegada em um intervalo de tempo t é definida como mostra a equação 472 𝑷𝒏 𝟎 𝒆𝝀𝒕 Equação 472 Essa mesma probabilidade de 𝑷𝒏 𝟎 ou seja de não haver nenhuma chegada durante o tempo t é igual à probabilidade de 𝑷𝒉 𝒕 ou seja a probabilidade de um headway superior ou igual ao tempo t A distribuição de Poisson é vista na prática em vias de tráfego não congestionado e com baixa afetação por conta de interseções semaforizadas ou não No trânsito a formação de filas em interseções é algo muito comum e que toma uma grande parcela do tempo das viagens Por conta disso as filas de veículos são um dos assuntos mais abordados pela Engenharia de Transportes O grande ramo de estudo que trata deste assunto é a teoria das filas que é aplicada em diferentes áreas uma vez que as filas são comuns em muitos lugares além do trânsito O objetivo da teoria das filas é avaliar a forma como o fluxo de veículos se comporta em pontos de estrangulamento como pedágios mudanças de nível entradas e saídas interseções semafóricas etc Os parâmetros avaliados pela teoria das filas são o padrão de chegadas o padrão de partidas o número de canais de serviço e a disciplina da fila O padrão de chegadas é a forma como os veículos chegam à fila podendo ser de forma uniforme com headways iguais ou aleatória com headways aleatórios O padrão de partidas avalia a forma como os veículos deixam as filas sendo que as partidas também podem ser dadas de forma aleatória ou constante O número de canais de atendimento trata dos pontos aos quais os veículos se direcionam por exemplo uma praça de pedágio pode ter mais de uma cabine de cobrança A disciplina da fila dita o comportamento dos elementos na fila por exemplo podemos ter filas em que o primeiro elemento que entra é o primeiro que 129 sai chamada também de FIFO First In First Out ou filas em que o último que entra é o primeiro que sai também chamado de LIFO Last In First Out A LIFO é uma forma muito comum quando pensamos em mercadorias e logística Por exemplo o descarregamento de um caminhão que transporta caixas geralmente é feito retirandose primeiro as últimas caixas colocadas a fim chegar até as primeiras colocadas Porém para o caso do trânsito a forma FIFO é a mais comum As filas possuem um sistema de notação próprio composto por duas letras e um número que indicam respectivamente o processo de chegada o processo de atendimento e o número de canais de atendimento Nessas notações a letra D é utilizada para sinalizar um processo determinístico e a letra M é usada para sinalizar um processo exponencial Uma fila DD1 é uma fila em que o padrão de chegadas e partidas é determinístico e há somente um canal de atendimento disponível Já um modelo MD1 possui um padrão de chegada exponencial um padrão de partida determinístico e apenas um canal de atendimento 48 Teoria das filas na análise do fluxo de tráfego A teoria das filas como vimos no subtema anterior é muito utilizada para compreender e trabalhar processos em diversas áreas Na Engenharia de Transportes a teoria das filas é utilizada para observar o comportamento dos veículos em pontos de estrangulamento do tráfego Como vimos as filas podem ser de dois tipos FIFO em que o primeiro elemento que entra é o primeiro que sai ou LIFO em que o último elemento que entra é o primeiro que sai Nos sistemas de transporte o modelo FIFO é o mais comum para descrever o fluxo de veículos Além disso as filas são descritas conforme seu padrão de chegada padrão de saída e quantidade de canais de atendimento Os padrões tanto de chegada quanto de saída podem ser determinísticos D ou exponenciais M 130 Para começarmos a estudar o fluxo de veículos em uma abordagem macroscópica do ponto de vista da teoria das filas vamos utilizar o modelo DD1 em que os padrões de chegada e saída são determinísticos ou seja uniformes e há apenas um canal de atendimento A melhor forma de compreender a teoria das filas na análise de transporte é por meio de sua solução gráfica em que são traçadas as retas que representam a chegada e a partida dos veículos e as distâncias verticais e horizontais nos permitem determinar parâmetros importantes para essa fila A partir da taxa de chegadas 𝜆 podemos determinar a função da taxa de chegadas acumuladas em função do tempo chamada de 𝐶𝑡 como mostra a equação 481 Nos casos em que a taxa de chegadas é constante a função 𝐶𝑡 forma uma reta 𝑪𝒕 𝝀 𝒕 Equação 481 A taxa de partidas que podemos chamar de 𝜇 representa a quantidade de veículos que sai do sistema a cada hora ou minuto ou segundo Com o valor da taxa de partida conseguimos obter a função 𝐷𝑡 que representa a taxa de partidas acumulada também em função do tempo como mostra a equação 482 𝑫𝒕 𝝁 𝒕 Equação 482 Se o tempo gasto para atendimento dos veículos for constante podemos compreender a taxa de atendimento máxima 𝜇𝑚𝑎𝑥 como a capacidade do atendimento e o tempo médio de atendimento de cada freguês Isso é mostrado na equação 483 𝝁𝒎𝒂𝒙 𝟔𝟎 𝒕𝒂𝒕 𝒄 Equação 483 Em que 𝒕𝒂𝒕 é o tempo de atendimento de um veículo sveic 𝒄 é o número de pontos de atendimento ou cabinesguichês 131 A taxa de atendimento só existe se existirem veículos na fila porque é impossível que um guichê ou cabine atenda um veículo que ainda não está no sistema Nestes casos a taxa de atendimento acaba se igualando à taxa de chegada Além disso podemos caracterizar uma fila quanto a seu grau de congestionamento 𝜌 que é a razão entre a taxa de chegadas e o produto da taxa de partidas pela quantidade de canais de atendimento Esse valor pode ser calculado como mostra a equação 484 𝝆 𝝀 𝝁 𝒄 Equação 484 Quando temos 𝜌 1 podemos dizer que o sistema opera dentro da capacidade de forma que cada veículo que entra na fila é prontamente atendido Se 𝜌 1 a taxa de partidas é maior do que a taxa de chegadas e teoricamente saem mais veículos do que entram Se 𝜌 1 o sistema está sobrecarregado chegando mais veículos do que a capacidade de atendimento suporta e a fila cresce até haver alguma alteração Além disso temos também outras medidas de desempenho de uma fila que são a fila média o tempo médio de espera na fila a fila máxima o tempo máximo de espera na fila etc O comprimento de uma fila 𝐿𝑡 pode ser dado pela diferença entre a função de chegadas e a função de partidas considerando um mesmo ponto 𝐶𝑡𝐴 𝐷𝑡𝐴 O ponto de término da fila pode ser determinado ao se igualar as funções de chegadas e partidas 𝐶𝑡𝑓 𝐷𝑡𝑓 O tempo 𝑡𝑓 marca o ponto em que a fila termina mas também pode ser compreendido como o tempo de duração da fila ou o tempo de duração do congestionamento O número de veículos no ponto de término é compreendido como o número total de veículos na fila representado por 𝑁 O tempo de espera de um determinado veículo 𝑛 que está na fila pode ser calculado igualandose os valores das funções de chegadas e partidas ao número 𝑛 e calculandose a diferença entre os valores do tempo correspondente de cada função O tempo de espera máxima da fila 𝑊𝑚𝑎𝑥 é obtido no ponto em que a fila atinge o seu ápice e o maior número de veículos está na fila A espera total 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 é determinada 132 por meio da área entre as curvas das duas funções e corresponde à soma do tempo de espera de todos os veículos que passaram pela fila O tempo médio da fila 𝑊 é dado em função da razão entre a espera total e o número total de veículos na fila 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑁 A fila média 𝐿 por fim pode ser determinada pela razão entre a espera total e o tempo total de duração da fila 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑡𝑓 Os parâmetros e relações que foram citados podem ser facilmente identificados ao se observar o gráfico da fila que é apresentado com todos os parâmetros especificados na Figura 410 retirado de um exemplo de Setti 2002 Fonte Setti 2002 p 105 Figura 410 Representação gráfica da fila DD1 Todas essas relações apresentadas são válidas quando se trata dos modelos determinísticos No caso dos modelos estocásticos os valores de headway geralmente estão relacionados a parâmetros estatísticos como a média a variância e o desvio padrão Para fins de informação apresentaremos aqui as principais expressões para compreensão dos modelos estocásticos MD1 e MM1 no entanto a aplicação desses elementos requer um maior aprofundamento da área 133 O modelo MD1 consiste nas filas que possuem taxas de chegada descritas por modelos estocásticos taxas de partida determinísticas e apenas um ponto de atendimento ou seja nesses modelos os intervalos de tempo entre as chegadas são aleatórios e seguem a distribuição de Poisson enquanto as partidas seguem um modelo uniforme Ao contrário do modelo DD1 em que a identificação de parâmetros graficamente é tão prática quanto as análises matemáticas os modelos MD1 possuem gráficos mais complexos e por isso muitos dos seus parâmetros são definidos matematicamente Isso também vale para as filas MM1 A grande importância dos modelos estocásticos é que por eles nos aproximamos muito mais das situações práticas do tráfego Por exemplo um motorista que se aproxima de um pedágio pode ter o dinheiro já trocado e reservado para pagar Outro motorista pode ter o dinheiro separado mas em quantia maior sendo necessário receber o troco Um terceiro motorista pode ser pego desprevenido e precisa pegar o dinheiro em sua carteira para pagar Perceba que cada situação pode levar a intervalos de tempos muito diferentes ao mesmo que tempo essas situações não se relacionam entre si Por conta disso considerar a aleatoriedade dos processos nas filas contribui para tornar o modelo mais próximo da realidade Apesar de não apresentarmos os detalhes desse processo aqui é importante que você profissional de engenharia em formação tenha uma noção geral dessas análises e dos parâmetros que devemos considerar 49 Estrangulamento em vias Ao conceituar a teoria das filas para Engenharia de Tráfego vimos que uma das suas aplicações é a análise do trânsito de veículos em pontos de congestionamento um problema recorrente hoje em dia até em cidades de pequenomédio porte Quando há um congestionamento muitos podem ser os motivos para a perturbação do fluxo como acidentes rodoviários interseções de fluxos e até mesmo interrupções programadas para manutenções na via Todos estes motivos fazem com que a via 134 opere com uma capacidade inferior à capacidade montante e são causadores dos estrangulamentos na via Os estrangulamentos podem ser incidentais quando o tráfego é restrito por um curto período de tempo por eventos imprevisíveis ou recorrentes quando se espera que haja uma redução da capacidade da via em um certo ponto por exemplo quando uma via com muitas faixas tem o número de faixas reduzido A Figura 411 apresenta dois exemplos de estrangulamento da via um acidental à esquerda causado por uma situação inesperada e à direita um regular em que há uma redução drástica de uma via com seis faixas para apenas duas logo após um pedágio em uma ponte na cidade de Vitória ES Fonte httpsdeolhonailhavixblogspotcom201602 Oleg Kopyov via Shutterstock Figura 411 Pontos de estrangulamentos acidentais à direita e regulares à esquerda Os modelos determinísticos que vimos com mais atenção no bloco anterior podem ser usados para analisar os congestionamentos causados por estrangulamentos incidentais Nessas situações os veículos chegam ao ponto de interrupção de forma constante porém com o fluxo comprometido tais veículos não conseguem passar e por consequência formam uma fila que dura até a normalização do tráfego O gráfico de uma dessas situações retirado de um exemplo de Setti 2002 é apresentado na Figura 412 135 Fonte Adaptado de Setti 2002 p 112 Figura 412 Modelo DD1 de um estrangulamento do tráfego No exemplo que originou tal figura Setti 2002 cria a situação em que um acidente envolvendo dois carros acontece em uma via com duas pistas que ficam interrompidas por um certo tempo que marcamos como o instante 𝑡𝐴 No instante 𝑡𝐵 uma das pistas é liberada e graças a isso os veículos voltam a trafegar Isso é observado por meio do início do crescimento ainda que pequeno da taxa de partida No instante 𝑡𝐶 a outra pista é liberada com a remoção do segundo veículo Isso é representado pelo aumento do coeficiente angular que faz com que a taxa de partida aumente Nesse caso ainda temos a fila que se acumulou devido à taxa de chegada que se manteve constante durante todo o tempo Por fim no instante 𝑡𝑓 a taxa de chegada e a taxa de partida se encontram no gráfico o que quer dizer que a fila deixou de existir e a via volta a funcionar com sua capacidade plena 136 410 Controle do fluxo de veículos Com o intuito de assegurar a organização no movimento dos veículos a fim de manter um fluxo de veículos constante e evitar a ocorrência de acidentes de trânsito são utilizados elementos de controle de fluxo de tráfego O controle do fluxo do tráfego parte do pressuposto que o aumento do headway médio entre os veículos está diretamente ligado à diminuição de acidentes mas como consequência há uma redução do volume de tráfego Dessa forma essa área da Engenharia de Tráfego visa o equilíbrio entre a redução do headway médio sem aumentar o risco de acidentes O controle do fluxo de veículos se aplica aos diferentes modos de transporte porém a forma de controle de veículos ferroviários é diferente dos elementos de controle dos veículos rodoviários No entanto as estratégias e o mecanismo empregados para controlar o tráfego são muito semelhantes independentemente do modo de transporte As estratégias mais empregadas para controlar o tráfego de veículos são as canalizações a limitação da velocidade dos veículos e a tabulação dos horários de operação A canalização é a forma mais utilizada e consiste na segregação dos veículos em diferentes correntes de tráfego O objetivo dessa estratégia é agrupar veículos que tenham comportamentos muito parecidos de forma a adequar as vias às suas necessidades O melhor exemplo para compreensão desse tipo de segregação são as vias urbanas em que temos uma parcela da via voltada para o fluxo de veículos que separa os veículos conforme os seus sentidos de deslocamento por meio da mão dupla mas que ainda pode contar com uma faixa exclusiva para transporte público uma faixa exclusiva para bicicletas a ciclovia e uma área totalmente destinada aos pedestres a calçada Um exemplo da canalização pode ser visto na Figura 413 137 Fonte Deni Williams Via Shutterstock Figura 413 Segregação das vias Outra forma muito comum de controle de tráfego é a determinação do limite de velocidade que é muito utilizada para controlar o movimento dos veículos em vias onde não é possível segregar os veículos em correntes distintas Diferentes exemplos de controle de velocidade tanto eletrônico quanto por sinalização vertical podem ser vistos na Figura 414 Fonte bibiphoto Dado Photos Via Shutterstock Figura 414 Exemplo de controle de velocidade à direita eletrônico e à esquerda sinalização vertical 138 Outra forma de controle do tráfego são as tabelas de horários que são criadas com o objetivo de controlar os pontos em que os veículos se cruzarão para evitar acidentes Os exemplos mais comuns desse tipo de estratégia são os horários de transporte público urbano e o controle de aeronaves em aeroportos no caso do transporte aéreo No sistema rodoviário os sistemas de controle se fazem presentes nas normas de operação da via por meio de sinalizações e das leis Os motoristas dos veículos rodoviários na maior parte das vezes têm a liberdade de escolha das rotas e horários além de ter a capacidade de escolher a velocidade de operação Tais veículos são fiscalizados por entidades públicas locais que podem tomar medidas punitivas no caso de descumprimento das normas Conclusão No quarto bloco da disciplina de Engenharia de Transportes iniciamos nossos estudos na Engenharia de Tráfego Neste bloco tivemos que aumentar o escopo de nossos estudos deixando de lado o comportamento individual dos veículos e passando a analisar o sistema de transporte com base nas correntes de tráfego De forma geral a Engenharia de Tráfego é uma grande área da Engenharia de Transportes responsável pelo planejamento projeto e operação dos sistemas viários e seu entorno A Engenharia de Tráfego tem por objetivo tornar o trânsito mais seguro e eficiente por meio de regras de operação do tráfego projeto geométrico da via e generalização do comportamento de motoristas no sistema Porém diferente do que vimos nos dois blocos anteriores bloco 2 e 3 em que foram feitas análises de locomoção veicular de veículos individualizados a partir deste bloco o foco dos estudos passa a ser o conjunto de veículos que compõem a corrente de tráfego As correntes de tráfego podem ser estudadas de diversas formas Uma delas é o diagrama espaçotempo uma das principais formas de avaliar a posição de um veículo ao longo do tempo e verificar a relação deste veículo com os demais 139 Há dois parâmetros fundamentais para estudos de tráfego o headway e o espaçamento O headway é compreendido como o intervalo de tempo entre a passagem de dois veículos sucessivos em um mesmo ponto enquanto o espaçamento é a distância entre dois veículos em um mesmo instante O headway e o espaçamento podem ser observados em campo ou nos diagramas de espaço Com base nestes dois parâmetros podemos analisar o tráfego de forma microscópica em que o comportamento individual dos veículos pode influenciar muito na corrente de tráfego ou de forma macroscópica quando os veículos se comportam de forma homogênea em um estado de estabilidade Nas análises macroscópicas do tráfego é fundamental a determinação de três parâmetros básicos para a Engenharia de Tráfego que são o volume a velocidade e a densidade das correntes de tráfego O volume é a quantidade de veículos que passam em um determinado ponto ao longo de um tempo determinado O volume de veículos geralmente é obtido a partir de contagens volumétricas em campo e tem uma relação inversa com o headway A densidade indica a quantidade de veículos que ocupam um determinado trecho da via em um determinado instante A densidade está envolvida diretamente com o tamanho dos veículos e com a demanda do sistema de transporte A velocidade no caso das correntes de tráfego compreende a velocidade do conjunto de veículos e acaba sendo a velocidade média da corrente que pode ser determinada no tempo ou no espaço Estes três parâmetros se relacionam entre si como a equação fundamental do tráfego nos mostra o produto da velocidade pela densidade é igual ao volume de veículos Com base nessa relação é possível fazer uma série de inferências ao parear estes parâmetros É fundamental ter a clareza que a relação entre velocidade e densidade é dada de forma linear enquanto as demais são relações parabólicas Por meio dos gráficos obtidos dessas análises podemos obter diferentes informações do fluxo e da via como 140 a capacidade máxima a velocidade de fluxo livre a densidade crítica etc que são fundamentais para fazer a análise macroscópica do tráfego Nas análises microscópicas o comportamento individual dos veículos acaba influenciando um pouco mais os modelos Neste tipo de análise considerase o padrão de chegadas e saídas de veículos em processos que provocam a formação de filas Devido a isso a teoria das filas é uma área básica para estes estudos De acordo com a teoria das filas os veículos podem chegar e partir de uma fila de forma constante ou aleatória Quando isso ocorre de forma constante temos os modelos determinísticos e quando isso ocorre de forma aleatória temos os modelos estocásticos De forma geral a chegada de veículos em pedágios semáforos interseções ou outros pontos de estrangulamento se dão de forma estocástica ou seja aleatoriamente mas algumas vezes simplificações podem ser feitas tratando este comportamento de forma determinística REFERÊNCIAS LEE Changsin Deep Learning for Traffic Counting 2021 Disponível em httpschangsinmediumcomdeeplearningfortrafficcounting1821079d5871 Acesso em 20 maio 2022 PANDE Anurag WOLSHON Brian Traffic Engineering Handbook Traffic Engineering Handbook S l 2015 DOI 1010029781119174738 SETTI José Reinaldo A Tecnologia de transportesSão Carlos SPApostila para a Disciplina Tecnologia de Transportes Programa de Pós Graduação em Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo 2002 Bibliografia Complementar PAVELSKI Luziane M Gestão de sistema de transporte público na atualidade Curitiba Intersaberes 2020 Ebook 141 HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração modal São Paulo Cengage Learning 2012 Ebook FERNANDES Elton T Transporte aéreo no Brasil uma visão de mercado Rio de Janeiro Elsevier 2016 Ebook ALBANO João Fortini Vias de transporte Porto Alegre Bookman 2016 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração multimodal São Paulo Cengage 2012 Ebook PINTO Salomão Pavimentação asfáltica conceitos fundamentais sobre materiais e revestimentos asfálticos Rio de Janeiro LTC 2018 Ebook ALFREDINI Paolo ARASAKI Emilia Engenharia portuária a técnica aliada ao enfoque logístico São Paulo Blucher 2013 Ebook STEFLLER Fábio Via permanente aplicada guia teórico e prático Rio de Janeiro LTC 2013 Ebook TULER Marcelo SARAIVA Sérgio Fundamentos de Topografia Porto Alegre Bookman 2014 Ebook MCCORMAC Jack et al Topografia 6 ed Rio de Janeiro LTC 2017Ebook CASTRO Pery Cesar Gonçalves Concreto asfáltico para rodovias Porto Alegre EDIPUCRS 2015 Ebook MEDINA Jaques Motta Laura Maria Goretti Mecânica dos pavimentos 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2015 Ebook PENN Michael R Introdução à infraestrutura para engenharia civil e ambiental Rio de Janeiro LTC 2017 Ebook ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 7187 projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido procedimento Rio de Janeiro 2003 Ebook 142 SANTOS Silvio Transporte ferroviário história e tecnicas Sao Paulo Cengage Learning 2011 Ebook CAMPOS Vânia B G C Planejamento de transportes conceitos e modelos Rio de Janeiro Interciência 2013 Ebook FRACASSI Geraldo Proteção de rios com soluções Maccaferri São Paulo Oficina de textos 2017 Ebook SHIRATO Vitor Rhein Aguillar Fernando Heren coord Transportes aquaviários São Paulo Saraiva 2012 Ebook QUALIDADE e produtividade nos transportes 2ed São Paulo Cengage 2015 Ebook SCHLUTER Mauro Roberto Sistemas logistícos de transportes Curitiba Intersaberes 2013 Ebook SARACENI Pedro Paulo Transporte marítimo de petróleo e derivados 2ed Rio de Janeiro Interciência 2012 Ebook 143 5 FLUXO DE VEÍCULOS E INTERSEÇÕES Apresentação No Bloco 4 da disciplina de Engenharia de Transportes vimos que é possível abordar o sistema de transporte rodoviário a partir do conjunto de veículos que se deslocam com velocidades e espaçamentos semelhantes sendo que tais análises podem ser macroscópicas ou microscópicas sendo a teoria das filas uma importante abordagem desse processo Quando pensamos nas interseções viárias do sistema rodoviário podemos aplicar os conceitos da teoria das filas e dos sistemas microscópicos com o objetivo de otimizar o fluxo dos veículos dentro do sistema O objetivo deste bloco é apresentar as noções gerais voltadas para o fluxo de veículos sobretudo nas interseções e apresentar os diferentes tipos de interseções viárias e as técnicas de controle mais adequadas a cada tipo Neste bloco vamos nos aprofundar na análise das interseções semafóricas e vamos aprender a determinar os tempos mais adequados para as luzes verdes vermelhas e amarelas e a sua influência dentro do sistema viário considerando a dinamicidade que o trânsito exige 51 Hierarquização viária Para diversos estudos da Engenharia de Tráfego como a análise de interseções viárias é fundamental conhecer as especificidades de operação da via Petrantonio aponta que O primeiro princípio fundamental da Engenharia de Tráfego clássica decorre do entendimento de que as vias desempenham diversas funções na vida social e de que as diferenças usuais de ponto de vista na avaliação das intervenções propostas são normalmente relacionadas com interesses distintos nas diversas funções viárias PETRANTONIO 2018 p2 144 O autor supracitado trata tais funções viárias como deslocamento entre locais circulação entre vias acesso a edificações e ambiente urbano Para atender a tais necessidades é muito comum definir uma hierarquização para o sistema viário Essa hierarquização vai além de uma concepção da função de cada via causando uma alteração física das vias uma vez que suas dimensões limites de velocidade sinalização e elementos de controle acabam por depender dessas diferentes funções que a via pode desempenhar A forma mais clássica de hierarquização viária define as vias em três tipos arteriais coletoras e locais Porém ainda há um outro tipo de via considerado em abordagens menos tradicionais que são as vias expressas Essas categorias ainda podem ser agrupadas em duas classes as vias estruturais abrangendo as vias expressas e arteriais e as vias complementares abrangendo as vias coletoras e locais Dentre as vias estruturais temos as vias expressas que são aquelas em que os veículos se deslocam em grandes distâncias e altas velocidades e as vias arteriais que conectam o tráfego das vias expressas às vias complementares em trajetos de média a curta duração Já as vias complementares são as vias locais em que há um grande tráfego de pedestres e pontos de acesso de veículos a residências comércios e serviços tendo como característica um tráfego mais lento e as vias coletoras que representam a conexão entre as vias locais e arteriais A Figura 51 apresenta exemplos dos diferentes tipos de vias citados 145 Fonte rafastockbr F de Jesus Deni Williams ADVTP Via Shutterstock Figura 51 Diferentes tipos de vias da esquerda para a direita de cima para baixo locais coletoras arteriais e expressas A hierarquização das vias quanto a suas funções é importante pois as regras de trânsito e as políticas de planejamento urbano são feitas considerando essa hierarquia uma vez que as políticas de planejamento urbano orientam o fluxo dos diferentes tipos de veículos no espaço urbano Por exemplo é muito incomum encontrarmos caminhões muito grandes em vias residenciais e de baixo movimento a não ser em situações atípicas em que esses veículos estejam fazendo algum tipo de entrega Da mesma forma em rodovias de grande movimento há pouca infraestrutura que seja atrativa para pedestres ou ciclistas se deslocarem livremente e com segurança Esses dois exemplos mostram que as políticas de urbanismo e uso e ocupação do solo são orientadas a incentivar uma atividade ou adequar o sistema viário conforme as atividades que já são desempenhadas naquele local O Quadro 51 apresenta uma noção geral das diferentes atividades que são características dos diferentes tipos de vias 146 Quadro 51 Caracterização típica da hierarquia funcional das vias Fonte Petrantonio 2018 p 12 Você pode estar se questionando por que estamos tratando desse assunto neste bloco que discute o controle de interseções viárias Da mesma forma que a cada tipo de via há uma série de atividades associadas que são comuns àquele contexto os elementos de controle do tráfego também se adequam melhor a diferentes tipos viários Para compreender melhor quais são os elementos de controle que podem ser utilizados nas interseções entre diferentes tipos de vias observe o Quadro 52 147 Quadro 52 Elementos de controle do fluxo de veículos em interseções de diferentes hierarquias viárias Fonte Adaptado de Petrantonio 2018 Logicamente a implantação de um elemento de controle deve ser investigada havendo casos em que pode ser necessário implantar um elemento de controle que não é inicialmente previsto para esse tipo de via Para isso os estudos citados no subtema 52 devem ser realizados e os critérios que serão apresentados no subtema 53 devem ser atendidos 52 Fluxo de veículos em interseções As interseções viárias são elementos de controle do fluxo rodoviário e são também os principais pontos críticos do sistema viário pois é por conta delas que muitos congestionamentos acabam se formando e consequentemente diminuindo o desempenho do sistema viário Por experiência própria você deve saber quais os tipos de interseções que existem as interseções semaforizadas as interseções controladas pelos sinais de pare e as interseções não controladas Essas interseções podem ser vistas na Figura 52 148 Fonte pbkpg elwynn Via Shutterstock Figura 52 Interseções viárias semaforizadas e controladas por sinal de pare Nas interseções em que não há nenhum elemento de controle os motoristas devem seguir as orientações do código de trânsito dando preferência de passagem para os veículos à direita Nas interseções controladas com o sinal de pare há uma via preferencial para a passagem Nas interseções semaforizadas há um controle de fluxo alternado em intervalos de tempo Tendo em vista os objetivos da nossa disciplina neste bloco iremos tratar principalmente das interseções semaforizadas Os semáforos foram inventados na Inglaterra em 1868 e desde então com a popularização dos automóveis se tornaram elementos essenciais para o controle do fluxo de veículos no mundo inteiro As interseções semaforizadas podem ser isoladas caso sejam distantes o suficiente para não afetar outras interseções semaforizadas ou podem funcionar como um sistema de forma que um semáforo influencia outros semáforos próximos O código de trânsito brasileiro determina que é de responsabilidade das autoridades locais a instalação operação e fiscalização dos semáforos Para instalar um semáforo a entidade responsável deve avaliar muito bem a sua necessidade pois pode haver vantagens e desvantagens As vantagens da instalação de um semáforo consistem na redução da ocorrência de determinados acidentes como colisões transversais aumento da fluidez do trânsito garantia de fluxo contínuo de conjuntos de veículos nas chamadas ondas verdes 149 garantia de travessias de pedestres em segurança e tornar o controle do trânsito mais otimizado e sistemático SETTI 2002 Porém se um semáforo for instalado em um local inadequado ou for programado para operar de forma inadequada isso pode causar o efeito contrário como o aumento no número de acidentes atrasos excessivos e desnecessários além de contribuir para que os motoristas desrespeitem as normas de trânsito ao furar o sinal podendo fazer com que motoristas alterem suas rotas habituais que já são preparadas para o recebimento de um determinado fluxo de veículos causando a deterioração mais rápida de pavimentos despreparados para esse tipo de tráfego SETTI 2002 Mesmo a instalação dos semáforos nos locais corretos não trará apenas benefícios Por exemplo os semáforos têm a capacidade de reduzir o número de acidentes principalmente as colisões transversais porém também podem contribuir para um aumento de colisões traseiras principalmente na fase inicial em que ainda ocorre uma certa adaptação dos motoristas Dessa forma a implantação de um semáforo deve ser feita após muitos estudos de tráfego para compatibilizar a necessidade do trânsito com o sistema de controle Dentre os estudos que devem ser feitos para verificar a real necessidade de implantação de um semáforo temos o levantamento volumétrico do tráfego o estudo da velocidade o levantamento planialtimétrico o estudo de acidentes a análise de gaps e o estudo de retardamento O levantamento volumétrico do tráfego consiste na contagem volumétrica dos veículos e pessoas que se deslocam próximas ao local de estudo Esse levantamento deve ser feito em um intervalo de tempo representativo para de fato servir como um mecanismo de suporte à tomada de decisão Um exemplo de equipamento de contagem volumétrica pode ser visto na Figura 53 150 Fonte toowaret Via Shutterstock Figura 53 Exemplo de equipamento de contagem volumétrica de veículos O estudo de velocidade envolve a identificação da velocidade instantânea dos veículos na via O levantamento planialtimétrico visa a identificação da geometria e das condições físicas do cruzamento como canalizações greides restrições de visibilidade e outros elementos importantes para realizar as travessias Os estudos de acidentes visam a identificação dos acidentes mais recorrentes na interseção estudada identificando o tipo de acidente e sua frequência O estudo de retardamento por sua vez visa a determinação dos atrasos que são causados na via principal Por fim a análise de gaps visa a determinação do número e tamanho dos gaps tanto na via principal quanto na via secundária Os estudos citados acima servem para embasar a tomada de decisão sobre os sistemas de controle porém a decisão final também deve estar atrelada aos critérios de implantação que serão tratados no subtema seguinte 53 Critérios para implantação de semáforos Como vimos anteriormente há uma série de estudos que auxiliam na tomada de decisão se um semáforo deve ou não ser implantado em um determinado local Estes estudos levantam uma série de parâmetros e características sobre o trânsito local Você deve estar se perguntando o que fazer com esses dados e informações 151 Com tantos critérios a atender e parâmetros que podem ser obtidos em campo o Denatran Departamento Nacional de Trânsito criou um manual de sinalização que define uma sequência de critérios para definir se o semáforo deve ou não ser implantado O Manual Brasileiro de Sinalização de Trânsito do Denatran se baseia no Manual on Uniform Traffic Control Devices for Streets and Highways também conhecido como MUTCD Esses manuais são mostrados na Figura 54 Fonte USDT 2009 DENATRAN 2014 Figura 54 Manual de sinalização do Denatran à esquerda e MUTCD à direita Enquanto o manual do Denatran conta com oito critérios o MUTCD é mais rigoroso e apresenta onze pontos de atenção que devem ser considerados no momento de decidir ou não se deve haver a implantação do semáforo Para interseções em que houver um fluxo de veículos muito grande e o volume de veículos for a principal razão para a implantação de um semáforo verificase a razão existente entre o volume de veículos na via principal o volume de veículos na via secundária e o número de faixas Se o volume observado for superior ao volume mínimo de critérios ao longo de oito horas por dia então o semáforo pode ser instalado 152 A Tabela 51 apresenta os volumes mínimos para definir se o semáforo deve ou não ser instalado Tabela 51 Volumes mínimos de critério Fonte Adaptado de Setti 2002 p 155 Na tabela apresentada devemos considerar o volume de veículos em ambos os sentidos para as vias principais e o volume de veículos no sentido de maior movimento a cada hora para as vias secundárias A interrupção do fluxo é um critério considerado quando os veículos da via secundária têm dificuldade para cruzar ou entrar na via principal Neste critério também se consideram os valores da Tabela 51 e caso os volumes observados sejam superiores aos de critério ao longo de oito horas pode haver a instalação do semáforo O terceiro critério é o volume mínimo de pedestres que é considerado quando o objetivo do semáforo é permitir a passagem de pedestres pela interseção Para isso avaliase se o número de pedestres que necessitam cruzar a via principal é superior a 100 pedestres por hora ao longo de quatro horas do dia ou então maior ou igual a 190 pedestres por hora durante o horário de pico Esse valor pode ser reduzido caso o número de pessoas idosas ou com deficiência seja grande como mostra a Figura 55 Fonte Daniel Fung Via Shutterstock Figura 55 Pessoas esperando para atravessar uma rua 153 Outro critério avaliado são os cruzamentos que são utilizados por veículos que fazem transporte escolar Para isso a frequência e o tamanho dos gaps são avaliados e caso o número de gaps seja inferior a um por minuto pode haver a instalação do semáforo Outro critério considerado são os sistemas de progressão semafórica em que é permitida a implantação de um semáforo em uma interseção que não necessita do elemento de controle a fim de manter o fluxo de veículos ao longo de uma sequência de verdes O histórico de acidentes também pode ser um critério considerado neste processo uma vez que a instalação de um semáforo pode reduzir a ocorrência de acidentes futuramente Porém a implantação do semáforo só é permitida caso outros elementos de controle tenham sido utilizados e não tenham surtido efeito Os semáforos também podem ser instalados no caso de sistemas viários muito complexos como cruzamentos com cinco ou mais aproximações ou quando há o cruzamento de duas faixas arteriais de muito movimento Neste caso o critério definidor é o volume de veículos na interseção se for superior a 1000 veich durante o horário de pico ou ao longo de 48h nos sábados e domingos é recomendável a implantação Além disso se a combinação de dois dos critérios que foram citados atenderem a 80 dos valores estabelecidos pelos critérios mínimos a implantação é permitida O MUTCD ainda estabelece que caso o volume de tráfego ao longo das quatro horas mais movimentadas no dia for superior aos estabelecidos graficamente pelo órgão o semáforo poderá ser implantado O tempo de espera no horário de pico também pode ser considerado como um critério caso haja espera excessiva dos veículos que estão em uma via secundária e desejam cruzar uma via principal Por fim caso o volume de veículos da via principal na hora de pico faça os veículos da via secundária esperar tempos exorbitantes a instalação do semáforo também é viabilizada 154 Uma vez que a instalação do semáforo é permitida é importante então determinar os parâmetros para seu bom funcionamento Este processo será descrito no subtema seguinte por meio de um modelo determinístico DD1 54 Noções gerais quanto à semaforização Neste bloco da disciplina de Engenharia de Transportes nosso foco está sendo o estudo das interseções semafóricas Antes de começar a estudar as formas de calibração dos semáforos de forma otimizada devemos compreender os conceitos básicos ligados à semaforização Os semáforos são dispositivos de controle do tráfego em interseções Esse controle é feito por meio de luzes que se acendem e apagam geralmente em cores diferentes sinalizando quando os veículos podem cruzar ou não a interseção As interseções são os cruzamentos entre duas ou mais vias e sobre elas convergem as aproximações que são responsáveis pela demanda de veículos na interseção Um exemplo de interseção entre duas vias pode ser visto na Figura 56 Fonte Robert Sarnowski Via Shutterstock Figura 56 Uma interseção qualquer entre duas vias Os veículos que estão em uma aproximação podem fazer diferentes movimentos Por exemplo em um cruzamento de duas vias se não houver nenhuma restrição de movimento um veículo que está em uma das aproximações pode ir para frente atravessando a interseção como também pode virar à direita ou à esquerda 155 A Figura 57 apresenta de forma esquemática os movimentos possíveis que um veículo pode fazer levando em conta que não haja nenhuma restrição Fonte Autor 2022 Figura 57 Esquema de movimentos possíveis de um veículo que se aproxima de uma interseção O dispositivo que aciona as luzes do semáforo é chamado de controlador O controlador aciona as luzes conforme os intervalos de tempo estipulados por sua programação que é estabelecida por meio de um plano semafórico Os semáforos operam por meio de ciclos que delimitam o tempo total para a sequência de cores se repetir durante seu funcionamento Além disso os semáforos podem operar em fases permitindo determinados movimentos enquanto restringe outros A Figura 58 apresenta de forma esquemática os conceitos de fases e estágios 156 Fonte Autor 2022 Figura 58 Esquema das fases e movimentos de um cruzamento semaforizado com quatro aproximações Quando tratamos da Engenharia de Tráfego é comum considerar o tempo de verde efetivo e o tempo de luz verde como coisas distintas Isso acontece porque o tempo de luz verde ou amarela ou vermelha é o tempo correspondente ao qual o sinal luminoso está aceso Já o verde efetivo é o tempo em que os veículos podem passar pela interseção o que envolve tanto o tempo de luz verde quanto o de luz amarela por isso geralmente o verde efetivo é a soma dos tempos de luz verde e de luz amarela O período em que uma determinada luz do semáforo está acesa e não se altera é chamado de intervalo ou estágio O tempo entre o final da luz verde de uma fase e o início da luz verde da fase subsequente é chamado de período de entreverdes No Brasil geralmente é igual ao tempo de amarelo mas em alguns casos pode haver um curto período em que as luzes vermelhas das duas fases estejam acesas Para facilitar a coordenação e os estudos semafóricos é muito comum utilizar diagramas de estágio e de tempos Para compreender e visualizar melhor a distribuição de tempos de cada cor no semáforo utilizamos o diagrama de tempo Para visualizar o os movimentos que são permitidos e proibidos em cada estágio utilizamos o diagrama de estágios 157 Para a interseção mostrada na Figur podemos representar os diagramas de tempo e estágio conforme a Figura 59 Fonte Autor 2022 Figura 59 Diagrama de tempo e estágio Por fim o funcionamento dos semáforos pode ser de tempo fixo semiautuado ou totalmente autuado pelo tráfego Os semáforos de tempo fixo têm um ciclo que se mantém em constante repetição por um período do dia ou durante o dia todo Os semáforos semiautuados e totalmente autuados têm uma duração de ciclo variável Com estes conceitos apresentados e bem compreendidos podemos prosseguir com nossos estudos das interseções semafóricas e estimar os tempos adequados para cada etapa 55 Interseções semaforizadas isoladas Para fazer a análise das interseções semaforizadas isoladas devemos partir das análises dos fluxos de correntes de tráfego que vimos no bloco anterior quando tratamos da teoria das filas Uma vez que um sistema semafórico pode ser analisado de forma simplificada como um modelo determinístico DD1 podemos determinar a capacidade de aproximação das interseções pela equação 551 𝑪 𝒔 𝒈 𝒄 Equação 551 158 Em que 𝑪 é a capacidade de aproximação veich 𝒔 é o fluxo de saturação veich 𝒈 é o tempo de verde efetivo s 𝒄 é o comprimento do ciclo s O fluxo de saturação é o volume máximo de veículos que podem passar por uma interseção caso o semáforo permanecesse aberto indefinidamente e chegassem veículos o tempo todo na fila O fluxo de saturação corresponde ao headway mínimo entre os veículos que partem de uma fila formada por um semáforo O comprimento do ciclo semafórico corresponde ao tempo de duração de um ciclo inteiro em que os sinais verde amarelo e vermelho acontecem O verde efetivo é o tempo que os veículos têm disponível para cruzar a interseção Devido ao processo de percepção e reação os motoristas acabam perdendo um pequeno tempo entre a identificação do sinal verde e a reação para passar pela interseção Dessa forma o valor do tempo de verde efetivo pode ser dado pela equação 552 𝒈 𝑮 𝑨 𝒑 Equação 552 Em que 𝑮 é o tempo em que a luz verde está acesa s 𝑨 é o tempo em que a luz amarela está acesa s 𝒑 é o tempo perdido no início do verde e final do amarelo s O valor do tempo perdido considera o tempo de percepção e reação dos motoristas e também o tempo que os veículos que já estão na interseção levam para sair dela e liberar o cruzamento completamente Geralmente consideramos como o tempo perdido um intervalo de 4 segundos Além disso devemos calcular também o tempo de vermelho efetivo que é o intervalo que os carros que estão no cruzamento não podem cruzar a interseção O tempo de 159 vermelho efetivo pode ser dado pela diferença entre a duração completa do ciclo e o tempo de verde efetivo como mostra a equação 553 𝒓 𝒄 𝒈 Equação 553 Quando falamos das interseções semafóricas é muito importante observarmos a relação existente entre o volume de aproximação 𝑉 e a capacidade 𝑐 Se a razão 𝑽𝒄 𝟏 podemos dizer que a interseção está operando dentro de sua capacidade Se a razão 𝑽𝒄 𝟏 podemos dizer que a interseção está saturada Se a razão 𝑽𝒄 𝟏 e o valor do volume de aproximação se mantiver o comprimento da fila cresce continuamente Tal situação é pouco comum na fila semafórica geralmente a capacidade é sempre maior do que o volume de aproximação Se considerarmos o comportamento da interseção semafórica como o de uma fila DD1 podemos representar a interseção graficamente como mostra a Figura 510 Fonte Autor 2022 Figura 510 Representação gráfica da interseção semafórica isolada com fila DD1 160 Por meio da Figura 510 podemos identificar graficamente importantes parâmetros das interseções semaforizadas como o tempo de ciclo 𝑐 o tempo de verde efetivo 𝑔 o tempo de vermelho efetivo 𝑟 a taxa média de chegadas 𝜆 a taxa média de partidas 𝜇 o tempo total decorrido 𝑡 e o tempo necessário para a fila se dissipar 𝑡0 O sistema semafórico de uma interseção deve funcionar de forma que nunca haja fila no início de um ciclo o que matematicamente quer dizer que a taxa média de partidas deve ser sempre maior do que a taxa média de chegadas considerando o tempo do ciclo 𝜇𝑐 𝜆𝑐 Quando o sinal vermelho está aceso em uma interseção sabemos que nenhum veículo pode deixar a fila e cruzar a interseção Por conta disso a linha que representa a taxa de partidas é uma reta de valor constante durante o tempo de vermelho Em contrapartida a taxa de chegadas é sempre variável pois independentemente de a luz vermelha estar acesa os veículos seguem chegando à fila O valor máximo da fila 𝑄𝑚𝑎𝑥 se dá no ponto em que o sinal se altera de vermelho para verde como mostra a equação 554 𝑸𝒎𝒂𝒙 𝝀𝒓 Equação 554 Neste mesmo instante podemos identificar a maior espera do sistema 𝑊𝑚𝑎𝑥 como mostra a equação 555 𝑾𝒎𝒂𝒙 𝒓 Equação 555 Outro importante parâmetro da fila é sua taxa de ocupação 𝛾 Podemos definir a taxa de ocupação pela razão entre a taxa de chegada 𝜆 e a taxa de partida 𝜇 multiplicada pelo número de canais 𝑘 O valor da taxa de ocupação pode ser calculado pela equação 556 𝜸 𝝀 𝝁 𝒌 Equação 556 161 O tempo para a fila se dissipar é definido por 𝑡0 e pode ser calculado pela equação 557 de duas formas 𝒕𝟎 𝝀𝒓 𝝁 𝝀 𝜸𝒓 𝟏 𝜸 Equação 557 Após 𝑡0 a fila se dissipa e as taxas de chegada e partida se igualam até o início do próximo ciclo A proporção de um ciclo em que a fila existe pode ser calculada por meio da equação 558 𝑷𝒒 𝒓 𝒕𝟎 𝒄 Equação 558 Além disso a espera total 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 que é a soma do tempo que todos os veículos da fila esperaram durante o ciclo pode ser dada pela equação 559 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝝀𝒓 𝟐 𝒓 𝒕𝟎 𝝀𝒓² 𝟐𝟏 𝜸 Equação 559 A espera média 𝑊 de cada ciclo é o quociente entre a espera total e o número de veículos que passaram pela fila como mostra a equação 5510 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒓² 𝟐𝒄𝟏 𝜸 Equação 5510 A proporção de veículos que parou no cruzamento 𝑃𝑠 é calculada pela equação 5511 𝑷𝒔 𝝀 𝒓 𝒕𝟎 𝝀 𝒄 Equação 5511 Por fim a fila média 𝑞 é definida pela razão entre a espera total o comprimento do ciclo como mostra a equação 5512 𝒒 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒄 Equação 5512 162 As equações apresentadas são os parâmetros básicos de uma interseção semaforizada a partir dela é possível trabalharmos com interseções em que as chegadas e as partidas têm um comportamento determinístico Com essas relações podemos por exemplo determinar o tempo de verde efetivo de uma interseção que será apresentado no subtema seguinte 56 Otimização do verde efetivo Com o valor da espera total conhecida para o ciclo também podemos otimizar o valor do verde efetivo a fim de reduzir os tempos de espera Para esse tipo de otimização podemos considerar apenas as interseções que possuem quatro aproximações em que os movimentos à esquerda não são permitidos A Figura 511 apresenta duas fases semafóricas de uma mesma interseção e o seus movimentos permitidos Fonte Autor 2022 Figura 511 Interseção com quatro aproximações movimentos permitidos por interseção em cada ciclo semafórico A interseção mostrada na Figura 511 tem duas fases semafóricas uma delas opera para as aproximações 1 e 3 e outra para as aproximações 2 e 4 Podemos perceber também que não são permitidas as conversões à esquerda para nenhuma das interseções O tempo de espera para uma aproximação pode ser dado pela equação 561 que vimos no subtema anterior 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝝀𝒓² 𝟐𝟏 𝜸 Equação 561 163 Cada interseção tem taxas de chegadas 𝜆 e de partidas 𝜇 distintas e consequentemente um fluxo de saturação 𝑠 e uma taxa de ocupação 𝛾 próprios Então para determinar o tempo de espera para toda a interseção devemos somar o tempo de espera de cada aproximação como mostra a equação 562 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝝀𝟏𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟏 𝝀𝟐𝒓𝟐² 𝟐𝟏 𝜸𝟐 𝝀𝟑𝒓𝟑² 𝟐𝟏 𝜸𝟑 𝝀𝟒𝒓𝟒² 𝟐𝟏 𝜸𝟒 Equação 562 Porém como temos apenas duas fases consequentemente os tempos de vermelho das aproximações 1 e 3 são iguais assim como os das aproximações 4 e 2 Dessa forma podemos reescrever a equação 562 como mostra a equação 563 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝝀𝟏𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟏 𝝀𝟐𝒓𝟐² 𝟐𝟏 𝜸𝟐 𝝀𝟑𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟑 𝝀𝟒𝒓𝟐² 𝟐𝟏 𝜸𝟒 Equação 563 Com um tempo de ciclo 𝒄 definido previamente temos que 𝒓𝟐 𝒄 𝒓𝟏 Equação 564 Com isso podemos reescrever a equação 563 na forma da equação 565 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝝀𝟏𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟏 𝝀𝟐𝒄 𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟐 𝝀𝟑𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟑 𝝀𝟒𝒄 𝒓𝟏² 𝟐𝟏 𝜸𝟒 Equação 565 Desenvolvendo os polinômios da equação 565 temos a equação 566 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒌𝟏 𝒌𝟐 𝒌𝟑 𝒌𝟒𝒓𝟏² 𝟐𝒄𝒌𝟐 𝒌𝟒𝒓𝟏 𝒌𝟐 𝒌𝟒𝒄² Equação 566 Em que definimos 𝑘𝑖 como mostra a equação 567 𝒌𝒊 𝝀𝒊 𝟐𝟏 𝜸𝒊 Equação 567 O valor de tempo de vermelho capaz de minimizar o tempo de espera pode ser obtido ao derivar a equação 566 em função do tempo de vermelho da primeira fase 𝑟1 obtendo assim a equação 568 164 𝒅𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅 𝒓𝟏 𝟐𝒌𝟏 𝒌𝟐 𝒌𝟑 𝒌𝟒𝒓𝟏 𝟐𝒄𝒌𝟐 𝒌𝟒 Equação 568 Matematicamente o ponto de valor mínimo é dado quando a derivada se iguala a zero Com isso temos a equação 569 𝒓𝟏 𝒄𝒌𝟐 𝒌𝟒 𝒌𝟏 𝒌𝟐 𝒌𝟑 𝒌𝟒 Equação 569 A partir da equação 569 podemos determinar o valor ótimo do tempo de vermelho de uma fase e com este valor e o tempo total do ciclo podemos determinar o tempo de verde efetivo Lembrando que o tempo de verde efetivo de uma fase é igual ao tempo de vermelho efetivo da outra 𝑔2 𝑟1 e 𝑔1 𝑟2 Por fim é importante lembrarmos que as relações apresentadas nos subtemas anteriores são válidas para aproximações com taxa de chegadas e partidas determinísticas Quando essas chegadas são aleatórias podemos usar o método de Webster assunto do próximo subtema 57 Método de Webster Quando tratamos de interseções semaforizadas isoladas um dos aspectos que consideramos é que a operação do semáforo é completamente independente das interseções próximas Os modelos que estudamos nos subtemas anteriores consideram que as taxas de chegadas e partidas são distribuições determinísticas ou seja constantes Quando temos interseções semafóricas muito próximas essas relações determinísticas podem ser válidas pois a taxa de partida dos veículos de uma fila acaba caracterizando a taxa de chegada da fila seguinte uma vez que a distância é muito curta e os pelotões de veículos não se dispersam No entanto quando temos distâncias muito grandes entre as interseções semafóricas esse pelotão se dispersa e veículos mais rápidos ultrapassam veículos mais lentos 165 alterando o padrão de chegadas entre as interseções de forma aleatória Nestes casos podemos usar o método de Webster Como vimos os semáforos podem ser de tempo fixo semiautuados ou totalmente autuados pelo tráfego O método de Webster parte do princípio de que as chegadas de veículos em uma interseção são eventos totalmente independentes e aleatórios O método de Webster parte da redução do atraso médio total do ciclo a fim de chegar a um valor de ciclo otimizado Webster procurou determinar o valor do ciclo ótimo em uma interseção de forma que o atraso médio dos veículos da interseção fosse o menor possível Para esse valor mínimo de atraso médio Webster determinou o cálculo do ciclo como mostra a equação 571 𝑪𝒐 𝟏 𝟓 𝑳 𝟓 𝟏 𝒀𝒊 𝒏 𝒊𝟏 Equação 571 Em que 𝑪𝒐 é o tempo de ciclo ótimo s 𝑳 é o tempo perdido total por ciclo s 𝒀𝒊 é a relação entre o volume e o fluxo de saturação na fase 𝒊 𝒏 é o número de fases Para Webster o atraso total não se diferencia muito quando o tempo de ciclo 𝐶 varia de 075 a 15 em relação ao valor do ciclo ótimo sendo que os cálculos são mais influenciados pelos valores do fluxo de saturação e dos volumes nas aproximações O tempo total de verde efetivo para este ciclo pode ser determinado pela equação 572 𝒈𝑻 𝑪 𝑳 𝑪 𝒍𝒊 𝒏 𝒊𝟏 Equação 572 Em que 𝒈𝑻 é o tempo total de verde efetivo s 𝑪 é o tempo de ciclo s 𝑳 é o tempo perdido total a cada ciclo s 𝒍 é o tempo perdido a cada ciclo s 𝒏 é o número de fases 166 O tempo perdido a cada fase 𝑙 é calculado pela equação 573 𝒍 𝑰 𝒕𝒂 𝒑𝒊 Equação 573 Em que 𝑰 é o tempo entre verdes 𝒕𝒂 𝒕𝒓 𝒕𝒂 é o tempo de amarelo s 𝒕𝒓 é o tempo de vermelho s 𝒑𝒊 é o tempo perdido No Brasil a utilização de vermelho geral é muito incomum dessa forma o valor de entreverdes 𝐼 é quase sempre igual ao tempo de amarelo e consequentemente o tempo perdido é quase sempre igual ao tempo de vermelho somado ao tempo perdido O tempo de verde de cada aproximação é dado em função do volume das aproximações A aproximação com maior relação entre volume e fluxo de saturação é considerada como a aproximação crítica e o valor do tempo de verde efetivo 𝑔 para ela pode ser determinado pela equação 574 𝒈𝒊 𝒀𝒊 𝒀𝒊 𝒏 𝒊𝟏 𝒈𝑻 Equação 574 Em que 𝒈𝒊 é o tempo de verde para a fase 𝑖 O tempo de luz verde 𝐺 pode ser dado pela equação 575 𝑮𝒊 𝒈𝒊 𝒍𝒊 𝑨𝒊 Equação 575 Em que 𝑮𝒊 é o tempo de luz verde na fase 𝒊 s 𝑨𝒊 é o tempo de luz amarela na fase 𝒊 s 167 Setti 2002 apresenta de forma resumida o passo a passo para calibração de um semáforo conforme o método de Webster em 7 etapas 1 Calcular o fluxo de saturação 𝑠𝑖 para cada aproximação 2 Calcular o volume da horapico 𝑞𝑖 para cada aproximação 3 Calcular a relação entre 𝑠𝑖𝑞𝑖 para cada aproximação para definir a aproximação crítica 4 Calcular o tempo perdido para cada fase 𝑙𝑖 5 Determinar o tempo de duração do ciclo ótimo 𝐶𝑜 6 Calcular o tempo total do verde efetivo 𝑔𝑇 e distribuílo entre as fases 𝑔𝑖 7 Criar o gráfico de tempo ou uma tabela com tempos de luz verde 𝐺𝑖 amarela 𝐴𝑖 e vermelha 𝑅𝑖 para cada fase Para a aplicação desse método Setti 2002 ainda ressalta que é importante que o tempo mínimo para qualquer luz verde seja de 15 segundos se o fluxo de pedestre não for significativo Além disso o tempo de ciclo sempre deve ser ajustado para múltiplos de 5 s se o tempo de ciclo for inferior a 90 s ou para múltiplos de 10 s caso o tempo de ciclo seja superior a 90 s Por fim todos os intervalos de tempo devem ser arredondados para valores inteiros 58 Determinação do tempo de amarelo A luz amarela do semáforo foi um tema que citamos diversas vezes ao longo deste Bloco mas agora poderemos compreender sua real função e a forma de se determinar o seu valor O objetivo da luz amarela no trânsito de veículos é indicar que a luz vermelha irá se acender em breve funcionando como uma espécie de aviso aos motoristas A luz amarela também pode ser chamada de entreverdes pois é o intervalo de tempo que existe entre o instante em que a luz verde de uma fase se apaga e a luz verde da 168 outra se acende Um tempo de amarelo mal calculado pode causar problemas como a zona de dilema A zona de dilema é uma área em que o motorista se depara com um conflito interno pois ele entra na interseção enquanto a luz amarela se acende mas já não há mais tempo para parar visto que já começou a atravessar a interseção porém ao mesmo tempo ele também não consegue atravessar a interseção antes que a luz vermelha se acenda sem ter que aumentar a velocidade Para compreender melhor a zona de dilema veja a Figura 512 Fonte Autor 2022 Figura 512 Exemplificação da zona de dilema em um cruzamento A área hachurada na parte superior correspondente à distância 𝑋1 equivale à área a qual o veículo não consegue mais frear sem que esteja dentro da interseção A área hachurada da parte superior correspondente à distância 𝑋2 é a área na qual o veículo não consegue mais atravessar completamente o cruzamento sem aumentar velocidade Para a Engenharia de Tráfego o objetivo é eliminar a zona de dilema Para isso é necessário que 𝑋1 𝑋2 O valor de 𝑋1 é dado pela equação 581 𝑿𝟏 𝒖𝟎 𝝉𝒎𝒊𝒏 𝑾 𝑳 Equação 581 169 Em que 𝑿𝟏 é o limite de passagem m 𝒖𝟎 é a velocidade de aproximação ms 𝝉𝒎𝒊𝒏 é o tempo mínimo de amarelo s 𝑾 é a largura transversal da via m 𝑳 é o comprimento do veículo m O valor de 𝑋2 é dado pela equação 582 𝑿𝟐 𝒖𝟎𝜹 𝒖𝟎² 𝟐𝒂 Equação 582 Em que 𝑿𝟐 é o limite de frenagem m 𝜹 é o tempo de percepção e reação do motorista s 𝒂 é a desaceleração máxima de frenagem com segurança ms² Então para eliminar a zona de dilema temos que seguir a equação 583 𝑳𝑫 𝑿𝟏 𝑿𝟐 𝟎 Equação 583 Substituindo as equações 581 e 582 na equação 583 temos uma forma de definir o valor de amarelo 𝝉𝒎𝒊𝒏 como mostra a equação 584 𝝉𝒎𝒊𝒏 𝜹 𝑾 𝑳 𝒖𝟎 𝒖𝟎 𝟐𝒂 Equação 584 Para trabalhar tais equações é comum adotar o tempo de percepção e reação de 1 segundo e uma desaceleração de 031 g 31 da aceleração da gravidade aproximadamente 305 ms² Em média os veículos têm cerca de 61 metros Para Engenharia de Transportes temse que o tempo de amarelo nunca pode ser inferior a 3 segundos por questões de segurança mas também não pode ser superior a 5 segundos para evitar que os motoristas o desrespeitem e tenham o hábito de furar o sinal Quando se observa que há a necessidade de um tempo de amarelo maior é comum usar um intervalo chamado de vermelho geral em que a luz vermelha se mantém 170 acesa em mais de uma fase Neste caso o tempo de amarelo 𝑦 é definido como mostra a equação 585 𝒚 𝜹 𝒖𝟎 𝟐𝒂 Equação 585 O tempo de vermelho total passa a ser como mostra a equação 586 𝒓 𝑾 𝑳 𝒖𝟎 Equação 586 59 Sistemas de cruzamentos semaforizados Como vimos anteriormente quando os semáforos estão suficientemente próximos uns dos outros podemos observar que a taxa de partidas de uma interseção influencia diretamente na taxa de chegadas do semáforo subsequente Isso ocorre porque a distância entre os semáforos não permite que os veículos tenham o padrão de chegadas alterado Por conta disso esses semáforos acabam sendo analisados como um sistema Um dos principais objetivos dessas análises é a criação da chamada onda verde Para isso devemos considerar que em uma sequência de semáforos o segundo semáforo deveria ser operado de forma que seu tempo de verde efetivo se iniciasse quando o primeiro veículo do pelotão chegasse à interseção A intenção dessa técnica de operação é fazer com que os pelotões não tenham de parar ao longo da via a não ser que sejam interrompidos por algum fator externo ou estejam em velocidade inadequada para a via Esse processo é a onda verde que na Engenharia de Transportes é chamada de sistema progressivo de coordenação de semáforos Esse sistema só pode ser obtido a partir da organização dos tempos de verde efetivo considerando um tempo de offset ou atraso entre o início do verde do primeiro semáforo e o início do nésimo semáforo 171 Conhecendose a velocidade da via 𝑉 e a distância entre os semáforos 𝐷𝑖 podemos determinar o valor de offset pela equação 591 𝒕𝒐𝒇𝒇 𝟑 𝟔 𝑫𝒊 𝑽 Equação 591 Em que 𝒕𝒐𝒇𝒇 é o tempo de offset s 𝑫𝒊 é a distância entre os semáforos m 𝑽 é a velocidade da via kmh O valor do tempo de offset deve ser inferior ao tempo total do ciclo 𝑐 porém os cálculos podem ocasionalmente resultar em um valor superior ao valor do tempo total do ciclo caso em que o tempo de offset passa a ser determinado pela equação 592 𝒕𝒐𝒇𝒇 𝒕𝒐𝒇𝒇 𝒄 Equação 592 Podemos fazer a análise gráfica do sistema de interseções como é mostrado na Figura 513 Fonte Autor 2022 Figura 513 Análise gráfica do sistema de interseções semaforizadas 172 510 Interseções não semaforizadas Ao longo do nosso bloco vimos como analisar interseções controladas por semáforos Porém nem sempre os semáforos são utilizados pois como vimos em um dos primeiros subtemas do nosso bloco a instalação de um semáforo deve seguir uma série de critérios Por conta disso podemos facilmente ter diversas interseções sem controle semafórico Nesses casos temos uma via principal e uma via secundária que se cruzam e na sua interseção os veículos da via principal têm preferência de passagem enquanto os veículos da via secundária devem aguardar aberturas nesse fluxo Para analisar tais cruzamentos devemos considerar os modelos estocásticos que são aqueles modelos que tratam o padrão de chegadas em uma fila como uma distribuição estatística aleatória Em uma interseção de acesso a uma rodovia os veículos da via secundária devem esperar o momento apropriado para conseguir entrar no fluxo principal Neste caso podemos estimar que existe um intervalo crítico 𝜏 que é o menor intervalo de tempo que permite a entrada do veículo da via secundária no fluxo principal Este intervalo crítico indica que sempre que um veículo estiver em uma fila para entrar em um fluxo principal ele terá de esperar um tempo aleatório que chamaremos de 𝑡 Sempre que esse tempo de espera for maior que o tempo crítico 𝑡 𝜏 um veículo entrará no fluxo principal Como estamos tratando da distribuição de chegadas de veículos de forma aleatória podemos usar a distribuição de Poisson de forma que trabalhamos a probabilidade de um determinado headway acontecer A equação 5101 apresenta como podemos estimar esse headway pela distribuição de Poisson 𝑷𝒏 𝟎 𝒆𝝀𝒕 Equação 5101 173 Em que 𝒏 é o número de chegadas esperado 𝝀 é a taxa de chegadas veics 𝒕 é a duração do intervalo s 𝑷𝒏 é a probabilidade de 𝒏 chegadas em um intervalo 𝒕 Essa equação apresenta uma distribuição exponencial em que é possível estimar o número de intervalos que seriam adequados para a entrada de veículos no fluxo principal ou para o cruzamento de uma via não semaforizada ao longo de um tempo 𝑇 Se 𝑇 1 hora e o volume de veículos puder ser chamado de 𝑉 é possível indicar que ao longo de uma hora ocorrerá uma quantidade de intervalos igual a 𝑉 1 em que a entrada de veículos sucessivos seria possível A quantidade de intervalos superiores ao intervalo crítico pode ser dada pela equação 5102 𝑬𝒉 𝒕 𝑽 𝟏𝒆𝝀𝝉 Equação 5102 A quantidade de intervalos inferiores ao intervalo crítico pode ser dada pela equação 5103 𝑬𝒉 𝒕 𝑽 𝟏𝟏 𝒆𝝀𝝉 Equação 5103 Quanto a esse processo Setti 2002 e Khisty e Lall 2003 levantam algumas observações interessantes Primeiramente o modelo considera que o intervalo crítico se mantém constante ao longo do tempo que o veículo espera para cruzar o fluxo principal enquanto análises empíricas mostram que este tempo diminui à medida que o tempo de espera do veículo da via secundária aumenta Além disso o modelo ainda pressupõe que o fluxo da via principal não é afetado pelos veículos da via secundária o que não é verdade já que pode haver uma perturbação na via principal quando os motoristas da via secundária forçam a passagem 174 Quanto às chegadas de veículos o modelo não leva em conta o padrão de chegadas da via secundária já que o tempo para cruzar a via é sempre o mesmo além disso considera o padrão de chegadas da via principal como algo completamente aleatório Porém na prática muitas vias arteriais que são um exemplo dessas vias principais possuem um sistema semafórico que controla a velocidade dos pelotões o que diminui muito a aleatoriedade na chegada desses veículos Conclusão No sexto bloco da nossa disciplina nos dedicamos a estudar o fluxo de veículos rodoviários nas interseções das vias Para isso primeiro identificamos que a hierarquização viária classifica as vias em quatro tipos vias locais vias coletoras vias arteriais e vias expressas Em cada tipo de via é comum um comportamento de tráfego distinto e um sistema de controle do fluxo diferente Por exemplo em vias coletoras em que o fluxo de veículos é alto as velocidades são mais amenas e há um grande número de pedestres a utilização de semáforos no controle das interseções é algo muito comum Porém em vias expressas em que o fluxo de veículos e as velocidades são altos e praticamente não há pedestres não é comum a observação de interseções semaforizadas As interseções viárias podem ser controladas de diferentes formas podendo haver interseções em que não há nenhum equipamento de controle em que o cruzamento entre veículos considera as normas de trânsito interseções semaforizadas em que um semáforo permite ou proíbe a passagem dos fluxos e as interseções controladas pelos sinais de pare em que a preferência de passagem acaba sendo sempre da via principal O processo de implantação dos semáforos é guiado pelo Manual de Semáforos do Denatran um documento que apresenta uma série de orientações que guiam os gestores públicos no processo de implantação de interseções semafóricas Neste documento são estabelecidos os critérios que devem ser atendidos para implantação do semáforo em uma interseção e quais são os estudos que devem ser feitos para verificar se os critérios são atendidos ou não 175 Os semáforos são instrumentos de controle do fluxo de veículos por meio do acendimento de luzes Esse instrumento opera por meio de ciclos e fases permitindo ou não que os veículos façam determinados movimentos As interseções semaforizadas podem ser isoladas ou fazer parte de um sistema Uma interseção semaforizada isolada é distante o suficiente de outras intersecções semaforizadas de forma que sua operação não interfere nas taxas de chegadas e partidas das demais interseções Os semáforos devem ter seus tempos de luz verde vermelha e amarela programados considerando a segurança e a funcionalidade do trânsito permitindo que veículos e pessoas não esperem tempo demais para cruzar uma via mas evitando atrasos desnecessários Por conta disso existe o processo de otimização semafórica que visa a determinação dos tempos ótimos para cada estágio do semáforo Além das interseções semaforizadas isoladas também podemos ter os sistemas de interseções semafóricas que são aqueles sistemas em que a operação de um semáforo interfere na operação dos demais de forma que o padrão de partida dos veículos de uma interseção acaba influenciando no padrão de chegada da interseção seguinte Nesses sistemas é comum a análise semafórica com o intuito de programar os ciclos para se ter a onda verde uma estratégia utilizada para que os tempos de verde coincidam com a chegada dos veículos e que não seja necessário interromper os deslocamentos para prosseguir com sua viagem Ao longo do bloco vimos as equações utilizadas para determinar os estágios de cada ciclo semafórico a fim de atender às necessidades do fluxo de veículos diminuindo atrasos e garantindo a passagem de veículos 176 REFERÊNCIAS DENATRAN Manual Brasileiro de Sinalização de Trânsito Volume V Sinalização Semafórica 2014 Disponível em httpswwwgovbrinfraestruturapt brassuntostransitoarquivossenatraneducacaopublicacoesmanualvolv2pdf Acesso em 20 maio 2022 KHISTY C J LALL B K Transportation as a System In Transportation Engineering An Introduction 3 ed New Jersey Prentice Hall 2003 p 126 PETRANTONIO Hugo Organização do Sistema Viário Notas de Aula Capítulo 2 Departamento de Engenharia de Transportes Escola Politécnica Universidade de São Paulo 21 p sd Disponível em httpsitespoliuspbrdptr2437Capítulo2apdf Acesso em 22 nov 2022 SETTI José Reinaldo A Tecnologia de transportes São Carlos SPApostila para a Disciplina Tecnologia de Transportes Programa de Pós Graduação em Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo 2002 US DEPARTMENT OF TRANSPORTATION Manual on Uniform Traffic Control Devices MUTCD 2009 Disponível em httpsmutcdfhwadotgovkno2009r1r2htm Acesso em 20 maio 2022 Bibliografia Complementar PAVELSKI Luziane M Gestão de sistema de transporte público na atualidade Curitiba Intersaberes 2020 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração modal São Paulo Cengage Learning 2012 Ebook FERNANDES Elton T Transporte aéreo no Brasil uma visão de mercado Rio de Janeiro Elsevier 2016 Ebook ALBANO João Fortini Vias de transporte Porto Alegre Bookman 2016 Ebook 177 HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração multimodal São Paulo Cengage 2012 Ebook PINTO Salomão Pavimentação asfáltica conceitos fundamentais sobre materiais e revestimentos asfálticos Rio de Janeiro LTC 2018 Ebook ALFREDINI Paolo ARASAKI Emilia Engenharia portuária a técnica aliada ao enfoque logístico São Paulo Blucher 2013 Ebook STEFLLER Fábio Via permanente aplicada guia teórico e prático Rio de Janeiro LTC 2013 Ebook TULER Marcelo SARAIVA Sérgio Fundamentos de Topografia Porto Alegre Bookman 2014 Ebook MCCORMAC Jack et al Topografia 6 ed Rio de Janeiro LTC 2017Ebook CASTRO Pery Cesar Gonçalves Concreto asfáltico para rodovias Porto Alegre EDIPUCRS 2015 Ebook MEDINA Jaques Motta Laura Maria Goretti Mecânica dos pavimentos 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2015 Ebook PENN Michael R Introdução à infraestrutura para engenharia civil e ambiental Rio de Janeiro LTC 2017 Ebook ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 7187 projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido procedimento Rio de Janeiro 2003 Ebook SANTOS Silvio dos Transporte ferroviário história e tecnicas Sao Paulo Cengage Learning 2011 Ebook CAMPOS Vânia B G C Planejamento de transportes conceitos e modelos Rio de Janeiro Interciência 2013 Ebook FRACASSI Geraldo Proteção de rios com soluções Maccaferri São Paulo Oficina de textos 2017 Ebook 178 SHIRATO Vitor Rhein Aguillar Fernando Heren coord Transportes aquaviários São Paulo Saraiva 2012 Ebook QUALIDADE e produtividade nos transportes 2ed São Paulo Cengage 2015 Ebook SCHLUTER Mauro Roberto Sistemas logistícos de transportes Curitiba Intersaberes 2013 Ebook SARACENI Pedro Paulo Transporte marítimo de petróleo e derivados 2ed Rio de Janeiro Interciência 2012 Ebook 179 6 CAPACIDADE DAS VIAS E NÍVEIS DE SERVIÇO Apresentação Desde o quarto bloco da disciplina de Engenharia de Transportes estamos estudando o tráfego de veículos de forma generalizada considerando as correntes de tráfego Vimos que a Engenharia de Tráfego tem sua base em três parâmetros principais a densidade a velocidade e o volume das correntes de tráfego Neste bloco o último bloco da disciplina de Engenharia de Transportes nossos estudos e análises culminam para a avaliação da rodovia conforme sua capacidade a fim de determinar os níveis de serviço em que os trechos de uma rodovia operam Dessa forma o objetivo deste bloco é apresentar a noção geral do processo de determinação da capacidade viária tanto das ferrovias quanto das rodovias com o intuito de ensinar a você futura engenheira ou futuro engenheiro como aplicar as equações envolvidas nestes processos e a interpretação de gráficos e tabelas utilizados Neste bloco serão apresentados os principais conceitos ligados à capacidade e ao nível de serviço e quais aspectos influenciam na determinação destes valores demonstrando como estes aspectos afetam numericamente os cálculos destes indicadores Ao final deste bloco ainda veremos um exemplo teórico com dados numéricos em que poderemos determinar a capacidade e o nível de serviço de uma rodovia com dados comuns utilizados em campo 61 Controle do tráfego ferroviário No segundo bloco da nossa disciplina vimos que o processo de movimentação dos transportes ferroviários é feito sobre as ferrovias por conta disso os veículos ferroviários estão totalmente sujeitos à via sobre a qual se deslocam sendo impossível que um veículo desvie ou ultrapasse outros na mesma linha 180 Por conta disso a operação dos trens é um processo extremamente controlado Uma das formas de fazer este controle é pela fixação de horários em que os trens deverão se cruzar para que isso sempre ocorra nos trechos de via dupla No entanto nem sempre a tabela de horários é suficiente então para aumentar a segurança do sistema as ferrovias dispõem de centrais de controle que supervisionam o tráfego dos trens por meio de um sistema de licenciamento em que as centrais autorizam os movimentos dos trens por meio de licenças dadas aos maquinistas Esse sistema de licenciamento se baseia em uma distância mínima de separação de trens consecutivos que é sempre maior que a distância necessária de frenagem Para efetivação do controle dos trens são alocados ao longo das ferrovias estações ou pontos de licenciamento que podem contar com agentes ferroviários que permitem ou não a passagem dos veículos O processo de passagem é feito por meio de autorizações remotas entre as estações ou por meio de staffs elétricos que funcionam como uma espécie de bastão que precisa ser transportado entre duas estações consecutivas para que a licença seja dada Enquanto o bastão estiver em trânsito uma nova licença não pode ser dada a outro veículo Os sistemas mais modernos usados hoje em dia conseguem controlar melhor o fluxo diminuindo o headway com o objetivo de aumentar a capacidade da via Estes sistemas se estruturam em um sistema de sinalização por blocos em que um centro de controle consegue controlar aparelhos de mudança de via e acompanhar a posição do trem na via O sistema por blocos consiste em um sistema de sinais luminosos que divide a linha férrea em blocos em que o comprimento é sempre superior à distância de frenagem Os sistemas de controle sinalizam para um trem que se aproxima de um determinado bloco se há outro trem naquele bloco autorizando ou não a sua entrada Um sinalizador do sistema ferroviário pode ser visto na Figura 61 181 Fonte Asia Images Via Shutterstock Figura 61 Sinalizador ferroviário Esse sistema de blocos fraciona a ferrovia em diferentes trechos que são controlados por sistemas de controle de tráfego centralizado CTC quando o controle é feito em ferrovias normais ou por operação automática de trens ATO quando o controle é feito em trens e metrôs O CTC depende da operação da locomotiva por um maquinista O sistema ATO dispensa a presença do maquinista pois a luz dos semáforos é controlada por meio de uma corrente elétrica que se altera de acordo com a presença ou a ausência de um veículo sobre o trilho no trecho adiante Esse processo acaba sendo muito vantajoso pois ele pode evitar acidentes causados pelo desengate de um vagão do comboio ou por qualquer defeito no trilho além de não necessitar que um operador fique monitorando e licenciando os movimentos dos veículos Os semáforos desse sistema de sinalização podem ter luzes verdes vermelhas e amarelas Um sinal vermelho indica que o bloco à frente está ocupado por outro trem A luz verde permite a entrada no trem no bloco e indica que o bloco seguinte também está livre A luz amarela indica que o trem pode entrar no bloco mas que o bloco seguinte ainda está ocupado devendo prosseguir com atenção e velocidade reduzida 182 Uma ferrovia com três fases semafóricas diferentes vermelho amarelo e verde e que considera a distância de dois blocos como a segura tem um sistema denominado de dois blocos com três fases Também podemos ter sistemas de três blocos e três fases como por exemplo no caso de metrôs em que um trem que avança a luz vermelha tem seu sistema de frenagem automaticamente acionado porém nesse caso é necessário haver um bloco livre antes do bloco que está ocupado Um exemplo dos sistemas de sinalização citados pode ser visto na Figura 62 Fonte Autor 2022 Figura 62 Sistemas de sinalização ferroviária Outra forma de controle utilizada são os staffs ou bastões elétricos Nesse tipo de sistema o maquinista deve pegar um bastão elétrico em uma estação de controle e levar fisicamente o bastão até a estação seguinte Enquanto este processo não se concluir a entrada de outro veículo no trecho é proibida O processo de troca de staffs pode ser visto na Figura 63 183 Fonte FEBUNESP 2016 Figura 63 Troca de bastões na estação de controle A forma de controle do tráfego ferroviário impacta diretamente a capacidade da via férrea A capacidade de uma via é entendida como a quantidade de veículos que passam sobre um determinado trecho da via em um certo período geralmente definido como 24h A determinação da capacidade dos trechos ferroviários pode ser obtida por meio dos diagramas de espaçotempo considerando tanto os tempos reais das viagens quanto os estimados a partir das velocidades de equilíbrio em que o trem opera em determinados trechos A análise da capacidade viária das ferrovias se divide entre as ferrovias em que o tráfego é unidirecional e as ferrovias com tráfego bidirecional Essas duas formas de análise serão vistas nos subtemas subsequentes 62 Capacidade das ferrovias com tráfego unidirecional A capacidade das vias férreas em que o tráfego ocorre em um único sentido pode ser calculada por meio do headway mínimo ou seja o intervalo mínimo entre os trens Como vimos no subtema anterior devido aos sistemas de controle do modo ferroviário é necessário que haja de dois a três blocos entre dois trens consecutivos 184 Uma ferrovia cujos os trens operam com separação mínima está operando dentro de sua capacidade pois não é possível aumentar o número de veículos sem infringir as regras de operação O intervalo mínimo entre os trens também chamado de headway mínimo em um trecho onde os veículos têm velocidade constante e o tamanho dos blocos é constante varia conforme o tamanho do comboio da velocidade de operação e da folga de segurança da operação Esse valor de headway mínimo pode ser determinado pela equação 621 𝒉𝒎𝒊𝒏 𝟐𝒅𝑩 𝑳 𝒅𝒇 𝑽 𝟔𝟎 Equação 621 Em que 𝒉𝒎𝒊𝒏 é o headway mínimo min 𝒅𝑩 é o comprimento do bloco km 𝑳 é o comprimento da composição km 𝒅𝒇 é a distância de decisão km 𝑽 é a velocidade de operação kmh A relação entre a operação de dois trens também pode ser observada no diagrama espaçotempo do fluxo ferroviário mostrado na Figura 64 Fonte Autor 2022 Figura 64 Diagrama espaçotempo entre dois trens 185 Tanto a equação 621 quanto o diagrama da Figura 64 nos dizem algumas informações quanto à forma de deslocamento dos veículos Primeiramente podemos perceber que a entrada de um trem em um bloco só é autorizada após a passagem completa do trem que o precede através do bloco ou seja a parte traseira deve ter saído do bloco A distância mínima ou espaçamento mínimo entre dois trens pode ser dada pela soma do tamanho dos dois blocos e o comprimento do trem e da distância mínima de segurança O headway mínimo pode ser calculado dividindose o espaçamento mínimo pela velocidade A capacidade teórica da via pode ser dada pela equação 622 𝒄𝒕 𝜼 𝟔𝟎 𝒉𝒎𝒊𝒏 Equação 622 Em que 𝒄𝒕 é a capacidade teórica da via trensh 𝜼 é o coeficiente de redução 𝒉𝒎𝒊𝒏 é o headway mínimo min Para os casos em que os intervalos não são constantes e o controle é feito por meio de staffs elétricos o headway mínimo acaba se alterando e passa a ser calculado pela equação 623 𝒉𝒎𝒊𝒏 𝒅 𝑽 Equação 623 Em que 𝒅 é a distância limitativa km 𝑽 é a velocidade kmh Da mesma forma a capacidade teórica também se altera e passa a ser calculada pela equação 624 𝒄𝒕 𝜼 𝟐𝟒 𝒉𝒎𝒊𝒏 Equação 624 186 De forma geral podemos concluir no fluxo unidirecional que a melhor forma de aumentar a capacidade da via é por meio do aumento de velocidade dos veículos e compatibilização do tamanho dos blocos e intervalos a serem percorridos Por exemplo em trechos íngremes onde a velocidade de operação acaba sendo menor é importante usar um bloco de intervalo menor a fim de que o tempo de deslocamento não seja muito maior A capacidade das ferrovias controladas por sistemas de blocos é muito maior do que das vias controladas por staffs elétricos uma vez que o espaçamento entre os blocos é de alguns quilômetros e entre as estações de coleta dos staffs é de dezenas de quilômetros Neste subtema consideramos vias em que os veículos se deslocam com velocidades constantes mas é importante saber que pode haver casos em que as velocidades são distintas Esse tipo de situação causa uma redução muito grande da capacidade viária e um aumento nos custos com infraestrutura uma vez que é necessário criar pátios ou desvios para a ultrapassagem dos veículos mais rápidos O diagrama espaçotempo da Figura 65 demonstra que nesses casos o trem mais lento deve parar em um determinado ponto da via e aguardar até que o trem mais rápido o ultrapasse e atravesse completamente o bloco Fonte Autor 2022 Figura 65 Diagrama espaçotempo de veículos com velocidades diferentes 187 63 Capacidade das ferrovias com tráfego bidirecional O tráfego de veículos em direções opostas na linha férrea é tratado na medida do possível de forma semelhante ao caso da ultrapassagem de trens em velocidades diferentes pois é necessário haver desvios e pátios para que os trens possam se cruzar Os desvios consistem em trechos da ferrovia em que há duas linhas férreas conectadas por aparelhos de mudança de via em que um dos trens fica parado dando espaço para a passagens do outro trem no sentido oposto Podemos ver o diagrama espaçotempo na Figura 66 da situação de ultrapassagem Fonte Autor 2022 Figura 66 Diagrama espaçotempo do cruzamento de trens Nestes casos consideramos que um trem tem maior prioridade que o outro Por conta disso o veículo de menor prioridade entra no desvio e aguarda até que o veículo prioritário atravesse o trecho Geralmente as ferrovias contam com desvios intercalados de 10 km a 15 km Por conta da interrupção do movimento o trem que fica parado dando passagem para a composição principal acaba sofrendo um grande atraso devido à baixa velocidade e o tempo de espera Se compararmos o tempo de atraso entre as manobras de ultrapassagem e os cruzamentos bidirecionais podemos perceber que o atraso é muito maior no primeiro caso uma vez que ambos os trens seguem em uma mesma direção e o trem mais 188 lento deve ficar parado esperando até que o trem mais veloz percorra toda a distância de segurança Em contrapartida nos cruzamentos bidirecionais o trem que está parado pode retomar seu movimento assim que o outro trem deixar o ponto de conflito uma vez que os blocos estão em sentidos opostos Podemos observar o diagrama espaçotempo dos tráfegos bidirecionais na Figura 67 Fonte Autor 2022 Figura 67 Diagrama espaçotempo de tráfego bidirecional Nas ferrovias de fluxo bidirecional é muito comum priorizar os trens com vagões carregados em detrimento dos trens com vagões vazios Também costumase priorizar os veículos de passageiros em vez dos veículos de carga Além disso também é comum dar a preferência aos veículos mais rápidos do que os veículos mais lentos A capacidade do trecho nestes casos é dada pelo inverso do headway entre dois trens que viajam a uma mesma velocidade O headway mínimo como vemos no diagrama é o tempo necessário para o um trem viajar entre dois desvios somado a um tempo de folga Essa capacidade pode ser calculada pela equação 631 𝒄𝒕 𝟏 𝒕𝒊 𝒕𝒑 𝒕𝒇 Equação 631 189 Em que 𝒄𝒕 é a capacidade teórica da via em uma direção trensh 𝒕𝒊 é o tempo de viagem entre desvios na direção prioritária h 𝒕𝒑 é o tempo de viagem entre desvios na outra direção h 𝒕𝒇 é o tempo total de folga nos cruzamentos dos trens h Para aumentar a capacidade da via nesses casos é preciso diminuir o tempo total de viagem entre os desvios e identificar muito bem os trechos de estrangulamento além de ter um controle muito maior das velocidades dos trens uma vez que qualquer redução pode afetar drasticamente a capacidade da via Até o momento você deve ter percebido que o headway mínimo é o principal parâmetro que define a capacidade de uma ferrovia A razão para isso é o sistema de controle das rodovias por meio dos blocos que impede que os trens estejam muito próximos uns dos outros Porém no transporte rodoviário este processo acontece de forma completamente diferente e é isso que veremos nos subtemas seguintes 64 Capacidade do modo rodoviário e o HCM A capacidade das vias no transporte rodoviário é avaliada tendo em vista os aspectos que vimos no Bloco 4 desta disciplina densidade velocidade e volume das correntes de tráfego Com base na capacidade podemos identificar a maior taxa de fluxo de veículos em uma rodovia e consequentemente determinar o nível de serviço dessa rodovia O processo de determinação da capacidade e do nível de serviço das rodovias é definido pelo Highway Capacity Manual traduzido como Manual de Capacidade Rodoviária mas que na Engenharia de Transportes é comumente chamado de HCM O importante é que o engenheiro de transporte nunca se esqueça deste nome É impossível tratarmos da capacidade rodoviária sem envolver o HCM Desenvolvido nos Estados Unidos o HCM é um material de referência mundial quando falamos da capacidade das rodovias e seus níveis de serviço tendo sido traduzido para diferentes idiomas 190 O objetivo do HCM é apresentar o método para determinação da capacidade e do nível de serviço das rodovias Esse método envolve observações feitas ao longo de décadas principalmente nos Estados Unidos O processo descrito no HCM permite a determinação da capacidade a partir de uma visão operacional de projeto e de planejamento para rodovias vias urbanas sistemas de transporte público de passageiros vias de pedestres e bicicletas O HCM teve sua primeira edição lançada em 1950 porém atualmente a versão vigente é a sexta edição que pode ser vista na Figura 68 O HCM oferece as noções gerais da análise de capacidade e nível de serviço dos sistemas de transporte rodoviário Fonte TRB 2010 Figura 68 Capa da sexta edição do Highway Capacity Manual As noções apresentadas no bloco anterior de fluxos contínuos e fluxos interrompidos são consideradas pelo HCM para classificação dos elementos envolvidos no transporte rodoviário Para recapitulação os fluxos interrompidos são aqueles em que o movimento das correntes de tráfego é interrompido por semáforos sinalizações e interseções na via enquanto o fluxo ininterrupto ou contínuo não envolve tais elementos Essa forma de classificação tem o objetivo de definir um tipo de fluxo e não de determinar a qualidade do fluxo em um determinado momento Por exemplo como 191 apontado por Setti 2002 uma rodovia em que não haja elementos de controle das correntes de tráfego possui um fluxo contínuo mesmo que haja alguma perturbação que cause um grande congestionamento e provoque a interrupção do tráfego tal rodovia continua sendo de fluxo contínuo No sistema rodoviário o fluxo de veículos contínuo é característico de rodovias denominadas freeways que são autoestradas em que o acesso de veículos ocorre de forma controlada mas também de rodovias de pista dupla e pista simples que possuem trechos longos sem interrupções Exemplos de rodovias de fluxo contínuo podem ser vistos na Figura 69 Fonte Hairem monticello Via Shutterstock Figura 69 Exemplo de freeways A análise da capacidade veicular da via consiste na determinação da quantidade máxima de veículos que podem trafegar sobre um determinado trecho de uma rodovia considerando uma série de especificações Como você deve se lembrar do Bloco 4 em que tratamos dos três parâmetros básicos da Engenharia de Tráfego uma rodovia que opere em sua capacidade máxima acaba tendo a velocidade comprometida Por conta disso as análises de capacidade viária visam a determinação da capacidade máxima de uma rodovia considerando uma margem para manter as condições operacionais adequadas para os usuários de forma que a rodovia opere em capacidade máxima por apenas algumas horas ao longo do ano 192 A capacidade viária das rodovias deve ser medida quando a rodovia apresenta um padrão quanto ao tráfego aos sistemas de controle e às condições da via de forma que seja possível generalizar a situação e determinar sua capacidade Geralmente a capacidade é estimada para condições climáticas e de rolamento boas sem intercorrências como acidentes e outras situações indesejáveis Como em rodovias existem trechos com condições bem distintas em relação ao pavimento à geometria e ao tráfego é comum que a capacidade se altere conforme o trecho analisado Nesses casos o nível de serviço da rodovia é definido a partir do trecho com menor capacidade O intervalo de tempo para a determinação da capacidade é de 15 minutos e para não haver erros na estimativa é comum considerar os 15 minutos de maior congestionamento da hora de pico Por fim a capacidade da via é definida com base em um volume de veículos esperado de forma que havendo demanda pelo sistema esse valor possa ser facilmente alcançado Como vimos no início do subtema o processo de determinação da capacidade das vias é definido pelo HCM porém o HCM apresenta também o método de determinação do nível de serviço de uma rodovia As noções gerais deste assunto serão apresentadas no subtema seguinte 65 Noções gerais do nível de serviço O nível de serviço de forma geral é um indicador de qualidade e desempenho No sistema de transporte rodoviário o nível de serviço é uma maneira de medir a qualidade das condições operacionais do fluxo de veículos considerando importantes aspectos como a velocidade da corrente de tráfego o tempo de viagem a liberdade para realizar manobras dentro da corrente o tempo de retardamento causado por interrupções do tráfego além de conforto e conveniência SETTI 2002 O nível de serviço pode ser definido em 6 categorias diferentes indicadas por letras de A a F em que cada letra reúne uma série de condições operacionais que refletem a 193 qualidade do serviço O nível A é o nível em que a rodovia opera com maior qualidade enquanto o nível F é o nível de pior qualidade A capacidade da via é estabelecida pelo nível de serviço E uma vez que o fluxo de veículos no nível de serviço F não atende às necessidades mínimas de movimento É muito comum que as rodovias operem nos níveis de serviço C e D já que estes níveis apresentam condições razoavelmente aceitáveis para o deslocamento Em relação ao fluxo de veículos é importante definir outro conceito fundamental a taxa de fluxo que é o fluxo horário equivalente à observação do tráfego por períodos menores que 60 minutos As taxas de fluxo também se associam aos diferentes níveis de serviço e estabelecem os limites entre os níveis de serviço As medidas de desempenho são os parâmetros que definem os níveis de serviço quantitativamente e expressam as condições operacionais da corrente de tráfego Os principais parâmetros para as freeways são a densidade e a velocidade da corrente de tráfego Já para rodovias de pista dupla a densidade é o principal parâmetro a ser considerado enquanto nas rodovias de pista simples a velocidade e a porcentagem do tempo de viagem que o veículo passa viajando em pelotão são os elementos definidores Revendo os parâmetros apresentados no Bloco 4 sabemos que a densidade é a quantidade de veículos que ocupam um determinado trecho da via num determinado instante a velocidade é a relação entre o comprimento de um trecho e o tempo para percorrêlo e o volume é o número de veículos que passa por um ponto da via ao longo de um intervalo de tempo predeterminado Estes parâmetros se relacionam matematicamente por meio da equação fundamental do tráfego apresentada na equação 651 𝒒 𝒖 𝒌 Equação 651 Em que 𝒒 é o volume de veículos veich 𝒖 é a velocidade média da corrente kmh 𝒌 é a densidade da corrente veickm 194 Tendo em vista tais relações é um pouco mais fácil compreender por que a densidade e a velocidade são tão importantes para a determinação do nível de serviço Tanto as freeways quanto as rodovias de pista dupla têm o seu desempenho avaliado com base na densidade do fluxo Quanto maior a densidade pior a qualidade do serviço quanto menor a densidade maior a qualidade do serviço Já as rodovias de pista simples são muito mais sensíveis à velocidade e à porcentagem do tempo de viagem que um veículo viaja em pelotão A velocidade é um elemento de fácil associação à qualidade da rodovia já o tempo de viagem em pelotão é um parâmetro que indica a parcela de tempo de viagem de um veículo em que sua velocidade é diminuída por conta de outros veículos mais lentos de forma que não é possível ultrapassar o veículo nem aumentar a velocidade Por conta disso quanto maior a velocidade dos veículos melhor o desempenho da via e quanto maior a porcentagem de tempo de viagem em pelotões pior o desempenho Muitos desses parâmetros podem ser facilmente percebidos tanto pelo motorista quanto por qualquer outro usuário do sistema que conseguem facilmente perceber a velocidade a densidade o tempo de viagem e vários outros parâmetros Já o fluxo é parâmetro de difícil visualização A taxa de fluxo é dada pela relação entre a velocidade e a densidade porém é um parâmetro que descreve muito pouco a situação do tráfego uma vez que uma velocidade alta e uma densidade baixa podem indicar uma mesma taxa de fluxo que uma baixa velocidade e uma alta densidade sendo que as duas situações são observadas em níveis de serviço muito distintos Muitas vezes a corrente de tráfego é analisada pela relação vc matematicamente explicada pela equação 652 𝒗𝒄 𝒕𝒂𝒙𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒙𝒐 𝒅𝒆 𝒕𝒓á𝒇𝒆𝒈𝒐 𝒄𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 Equação 652 195 A capacidade é o fluxo máximo que a via suporta podendo ser determinada pelas condições de tráfego de controle e da via A taxa de fluxo de tráfego representa a demanda do serviço Por conta disso a relação da equação 652 é uma razão entre a demanda e a oferta do serviço de transporte Quando essa relação é maior que 1 𝑣𝑐 1 temos uma demanda que excede a capacidade da via sendo necessário ampliar a oferta do sistema Já uma relação de 05 𝑣𝑐 05 indica que a via opera com a capacidade pela metade ou seja a demanda ainda pode aumentar em 50 Essa relação é tão importante para a determinação do nível de serviço que o HCM classifica cada nível de serviço conforme mostra a Figura 610 Nesse diagrama o nível de serviço E representa a capacidade máxima da via e possui uma relação 𝑣𝑐 1 enquanto os níveis de A a D desse valor variam de 0 a 1 A Figura 610 apresenta a relação entre o nível de serviço das rodovias a velocidade e a densidade das vias Fonte Autor 2022 Figura 610 Relação entre o nível de serviço e a relação entre a taxa de fluxo de tráfego e a capacidade O HCM apresenta os valores da capacidade viária em função de carros de passeio por hora por faixa de tráfego cph1faixa1 Quando indicamos que as freeways são infraestruturas de grande capacidade é porque estamos nos baseando no volume de veículos que podem trafegar por essas vias quando as condições ideais são atendidas 196 A Figura 611 mostra uma reportagem que destaca uma rodovia brasileira cuja capacidade foi completamente comprometida devido ao grande fluxo de veículos Fonte G1 2016 Figura 611 Reportagem que mostra rodovia do Rio Grande do Sul com capacidade em 100 Na Tabela 61 podemos observar que a capacidade básica das freeways e das rodovias de pista dupla é muito mais alta do que a capacidade das rodovias de pista simples Isso se dá porque as freeways e rodovias de pista dupla têm a sua capacidade apresentada por faixa de tráfego Nas rodovias de pista simples essa capacidade é dada para as duas direções de movimento uma vez que o processo de ultrapassagem afeta diretamente a dinâmica dos fluxos que trafegam em direções opostas Tabela 61 Capacidade básica dos diferentes tipos de vias Componentes Capacidade básica Freeways Segmento básico 2400 cph1faixa1 Rodovias Pista duplas Pista simples 2200 cph1faixa1 3200 cph1faixa1 Fonte TRB 2010 197 66 Fatores que influenciam a capacidade viária Como vimos até aqui a capacidade viária no sistema rodoviário é influenciada por diferentes aspectos Muitas vezes ressaltamos que as relações que são apresentadas pelas equações tabelas e gráficos são válidas para boas condições climáticas e de rolamento Essas ressalvas se devem ao fato que como vimos desde o primeiro bloco da disciplina o tráfego de veículos rodoviários está sujeito a diversos fatores externos A capacidade básica das autoestradas que vimos ao final do subtema anterior depende de uma via em condições ideais com uma boa situação climática pavimentos bem conservados motoristas familiarizados com a pista entre outros fatores Porém as condições ideais nem sempre são observadas em situações reais Por conta disso o HCM engloba três fatores que impactam a capacidade viária as condições relacionadas à via as condições relacionadas ao tráfego e os sistemas de controle de tráfego As condições relacionadas à via afetam diretamente a capacidade das vias e estão diretamente ligadas a aspectos como o projeto geométrico da via e suas imediações pois são fatores que podem interferir direta e indiretamente na capacidade viária impactando os parâmetros de controle como a velocidade por exemplo No HCM ainda são levantados outros elementos de influência O tipo de via é uma característica fundamental na determinação da capacidade Por exemplo vias que têm canteiros centrais ou outras separações físicas entre as pistas de sentidos opostos podem ter velocidades muito mais altas uma vez que há uma redução nos acidentes mais graves que envolvem colisões frontais de veículos Apesar deste ser um exemplo há diversos outros fatores que acabam afetando essa avaliação como os controles de acesso se são vias de fluxo contínuo ou não entre outros fatores As políticas públicas de uso e ocupação do solo também impactam a capacidade viária uma vez que é necessário tomar medidas de segurança a depender da localização da via como redução da velocidade por meio de sinalização ou até mesmo a instalação de dispositivos de redução como lombadas É inconcebível que veículos de passeio se 198 locomovam em altas velocidades em zonas residenciais ou próximo a escolas por exemplo A largura das faixas e dos acostamentos também é importante na determinação da capacidade viária já que em faixas de tráfego muito estreitas há uma restrição muito maior do movimento dos veículos o que reduz a capacidade e a taxa de fluxo De forma semelhante a largura dos acostamentos também afeta a capacidade viária já que pode provocar o mesmo efeito na velocidade e na taxa de fluxo Outros elementos do projeto geométrico da via também afetam diretamente o seu funcionamento como os raios das curvas horizontais rampas com inclinações muito altas alinhamentos verticais e horizontais e outros fatores que envolvam a redução de velocidade dos veículos Alguns fatores ligados ao tráfego dos veículos também afetam a capacidade viária Rodovias em que as correntes de tráfego são compostas por veículos que não sejam automóveis acabam por ter uma redução da capacidade principalmente os veículos mais pesados e longos que possuem capacidade de aceleração e frenagem reduzidas Além disso veículos muito longos e pesados dificultam a ultrapassagem dos veículos mais leves e rápidos Por conta disso são criados vazios na corrente que são difíceis de preencher quando consideramos rodovias com duas faixas podendo diminuir também a segurança em rodovias com faixa única Dentre os veículos pesados o HCM define os caminhões ônibus veículos de recreação chamados popularmente de trailers e automóveis com reboques Nos cálculos de capacidade o HCM estipula fatores de equivalência entre os veículos pesados e os carros de passeio A distribuição do fluxo de veículos entre as diferentes direções da via também afeta a capacidade por exemplo em certas vias o fluxo do horário de pico na manhã é majoritário em uma direção enquanto no horário de pico da tarde esse fluxo é observado no sentido oposto Nas freeways também podemos perceber que há um 199 desequilíbrio de fluxo entre as faixas de forma que as faixas mais à direita da via costumam ter maior densidade Nos casos dos fluxos interrompidos os sistemas de controle tais como semáforos sinalizações verticais e horizontais e dispositivos de redução de velocidade afetam drasticamente a capacidade viária Os sistemas de controle mais críticos são os semáforos já que são equipamentos que têm a possibilidade de liberar ou restringir os fluxos Outras formas de controle do trânsito também podem afetar a capacidade viária como a presença ou não de estacionamento o que acaba por mudar a largura das vias ou número de faixas permissões e proibições de conversões o sentido da via se é de mão dupla ou mão única e diversos outros fatores que acabam por influenciar o comportamento dos veículos ou a característica das vias 67 Fluxo de veículos nas autoestradas Com as noções gerais da capacidade e do nível de serviço apresentadas e a compreensão dos principais fatores que influenciam a capacidade de uma rodovia podemos compreender como se determina seu nível de serviço Na nossa disciplina vamos abordar a capacidade das rodovias com duas ou três faixas por sentido urbanas ou rurais em que o acesso seja controlado e limitado que já tratamos anteriormente pelo nome de freeway ou autoestrada Se você se recorda das figuras e descrições que foram apresentadas as freeways são aquelas rodovias em que o fluxo de veículos é contínuo e os acessos são feitos por interseções em desnível com a rodovia Essas rodovias são isoladas dos ambientes ao seu entorno e as correntes de tráfego de sentidos opostos são separadas por canteiros centrais ou outros elementos físicos A análise da capacidade das autoestradas deve ser feita ao longo de trechos pois pode haver alterações no sistema viário que alterem a capacidade da via As freeways podem ser divididas em quatro trechos principais as áreas de entrelaçamento em que os fluxos de veículos se cruzam por conta dos pontos de acesso ao sistema as junções 200 que são os trechos de entrada ou saída da rodovia as áreas em que as autoestradas se conectam às vias arteriais por meio de dispositivos de entroncamento e os segmentos básicos que são trechos em que os elementos anteriores não aparecem Cada tipo de trecho deve ser estudado separadamente pois cada um deles possui uma capacidade própria Por razões didáticas a presente disciplina se aterá aos estudos voltados aos trechos mais simples em que não se encontra nenhum dispositivo de acesso ou um movimento de veículos extraordinário no entanto o HCM apresenta formas de se determinar a capacidade de todos estes trechos O fluxo de veículos que trafegam sobre essa rodovia como vimos no Bloco 4 e no subtema 65 respeita a equação fundamental do tráfego e por este motivo pode ser analisado do ponto de vista macroscópico Mas é importante saber que o HCM propõe uma série de relações obtidas empiricamente em diversas rodovias estadunidenses essas relações diferem um pouco dos modelos propostos por Greenshields mas veremos esses detalhes ao longo do bloco O fluxo de veículos nas autoestradas pode ser observado de três formas distintas O regime de fluxo livre ocorre quando não há congestionamentos influenciando o tráfego e as correntes se deslocam em velocidade de fluxo livre definida por Greenshields como a velocidade quando o volume tende a zero que varia de 70 a 130 kmh a depender da taxa de fluxo No regime de descarga da fila a corrente de tráfego está finalizando o atravessamento por um ponto de estrangulamento e está acelerando gradualmente para retomar sua velocidade para chegar ao regime de fluxo livre que pode levar cerca de 1 km Por fim no regime de fluxo congestionado a corrente de tráfego está chegando ao ponto de estrangulamento e uma fila que pode se tornar muito longa começa a se formar Nestes casos a taxa de fluxo e a velocidade variam conforme o nível da obstrução da via e a fila se movimenta lenta e constantemente intercalando momentos de movimento e momentos parados 201 O HCM aborda apenas o movimento de veículos que estão no regime de fluxo livre sendo que os níveis de A a E estão neste intervalo O nível F envolve o regime de descarga da fila e o regime de fluxo congestionado Idealmente uma freeway deve possuir uma série de características que permita que os veículos se mantenham no regime de fluxo livre podendo chegar a velocidades de 120 kmh ou mais As melhores condições para uma freeway podem ser segundo Setti 2002 Faixas de tráfego com 36 m de largura Velocidade de projeto de 120 kmh Motoristas familiarizados com as condições de tráfego Distâncias mínimas de 3 km entre dispositivos de acesso Correntes de tráfego formadas majoritariamente por automóveis Pistas planas Sobre as correntes de tráfego é importante compreendermos também como se dá a relação entre a velocidade e o fluxo de veículos Para isso observe o gráfico da Figura 612 Fonte Setti 2002 p 194 Figura 612 Relação entre a velocidade e o fluxo de veículos 202 Neste gráfico podemos perceber que a velocidade da corrente de tráfego quando a taxa de fluxo é baixa ou moderada pouco se altera As alterações começam a ser vistas à medida que o fluxo de veículos aumenta muito Quando o fluxo cresce muito chegando à capacidade da via podemos ver que as velocidades se aproximam bastante independentemente da velocidade de fluxo livre A velocidade de fluxo livre de forma geral pode ser afetada por diferentes fatores como a largura das faixas de tráfego e do acostamento o número de faixas de tráfego a densidade dos dispositivos de acesso a velocidade de projeto entre outros fatores Para os casos em que há um grande fluxo de caminhões ônibus e outros veículos pesados que afetam a operação da via são feitas conversões dos veículos pesados em um número equivalente ao de automóveis 68 Medidas de desempenho das autoestradas As medidas de desempenho que são utilizadas na análise das autoestradas já foram mencionadas nesse bloco Elas são a densidade a velocidade máxima dos automóveis e a relação fluxo e capacidade sendo a densidade o principal parâmetro para definição do nível de serviço da rodovia Na Figura 613 e na Tabela 62 podemos ver como os parâmetros citados interferem no nível de serviço de uma rodovia observando que a densidade representada pela letra k é o parâmetro principal enquanto a velocidade média e a taxa de fluxo são parâmetros secundários 203 Fonte Setti 2002 p 196 Figura 613 Nível de serviço da rodovia com base em taxa de fluxo densidade e velocidade das correntes de tráfego Tabela 62 Relação entre nível de serviço e densidade Nível de serviço Densidade cphfaixa A 0 k 7 B 7 k 11 C 11 k 16 D 16 k 22 E 22 k 28 F 28 k Fonte TRB 2010 No gráfico mostrado podemos perceber que à medida que a velocidade de fluxo livre diminui o nível de serviço da rodovia piora Isso ocorre por conta da relação 𝑣𝑐 Em teoria podemos imaginar que uma corrente de tráfego precisa diminuir sua velocidade em determinados trechos da via como em rampas curvas e pontos de diminuição de faixas Consequentemente a densidade nestes pontos aumenta e a qualidade do deslocamento diminui Na Tabela 63 podemos ver a relação entre o nível de serviço e os principais parâmetros como densidade velocidade máxima taxa de fluxo máxima e relação 𝑣𝑐 204 Tabela 63 Relação entre os níveis de serviço e os parâmetros da via Fonte TRB 2010 Para compreender a importância de cada nível de serviço veremos suas descrições conforme o HCM Observe que as descrições são acompanhadas por fotografias de uma mesma rodovia em diferentes situações de operação exemplificando a alteração do nível de serviço conforme a variação do fluxo O nível de serviço A é o nível de operação em que a rodovia opera com velocidade de fluxo livre e os veículos têm liberdade total para fazer as manobras na via O espaçamento médio entre os veículos é de 160 m A Figura 614 mostra uma rodovia que opera neste nível de serviço 205 Fonte TRB 2010 p 115 Figura 614 Exemplo de uma rodovia operando no nível de serviço A No nível de serviço B as vias ainda operam na velocidade de fluxo livre porém o espaçamento entre os veículos diminui para 100 m o que ainda garante a liberdade para veículos fazerem manobras A Figura 615 apresenta uma rodovia operando no nível de serviço B Fonte TRB 2010 p 115 Figura 615 Exemplo de uma rodovia operando no nível de serviço B 206 No nível de serviço C a rodovia opera com velocidade igual ou suficientemente próxima da velocidade de fluxo livre o espaçamento entre os veículos varia de 67 m a 100 m o que acaba afetando a liberdade de manobra dos motoristas Pequenos incidentes não impactam tanto a via e nem geram congestionamentos mas pequenas filas se formam nas correntes A Figura 616 mostra uma rodovia operando no nível de serviço C Fonte TRB 2010 p 115 Figura 616 Exemplo de uma rodovia operando no nível de serviço C No nível de serviço D a velocidade média da corrente diminui à medida que há aumento do fluxo de veículos e da densidade A liberdade dos veículos fica cada vez mais limitada começando a deixar os motoristas desconfortáveis o espaçamento dos veículos fica entre 67 m e 50 m Os menores incidentes já causam filas que pioram ainda mais o nível de serviço A Figura 617 mostra uma rodovia que opera no nível de serviço D 207 Fonte TRB 2010 p 115 Figura 617 Exemplo de uma rodovia operando no nível de serviço D No nível de serviço E a via já opera no limite da capacidade e qualquer perturbação do fluxo pode afetar diretamente o fluxo de veículos já que o espaçamento entre eles é de 37 m a 50 m Há também diminuição da velocidade e o fluxo fica extremamente instável e desconfortável A Figura 618 apresenta uma rodovia que opera no nível de serviço E Fonte TRB 2010 p 115 Figura 618 Exemplo de uma rodovia operando no nível de serviço E 208 O nível de serviço F é aquele em que o fluxo de veículos já está colapsado e a demanda já excedeu a oferta O congestionamento das vias já é muito mais comum e o movimento das correntes de tráfego se dá de forma interrompida Fonte TRB 2010 p 115 Figura 619 Exemplo de uma rodovia operando no nível de serviço F 69 Parâmetros de análise do nível de serviço Para determinar o nível de serviço de uma rodovia devemos determinar três parâmetros a taxa de fluxo de veículos a velocidade de fluxo livre e o nível de serviço Ao longo deste subtema veremos como podemos determinar tais parâmetros conforme o HCM A taxa de fluxo é o parâmetro que compatibiliza o fluxo de veículos convertendo o efeito dos veículos pesados da variação do tempo do tráfego e das características dos motoristas sobre o sistema em termos de carros de passeio Para isso podemos usar a equação 691 𝒗𝒑 𝑽 𝑷𝑯𝑭 𝑵 𝒇𝑯𝑽 𝒇𝒑 Equação 691 209 Em que 𝒗𝒑 é a taxa de fluxo equivalente cph1faixa1 𝑽 é o fluxo horário veich 𝑷𝑯𝑭 é o fator de hora de pico 𝑵 é o número de faixas de tráfego 𝒇𝑯𝑽 é o fator de ajuste para veículos pesados 𝒇𝒑 é o fator de ajuste para cada tipo de motorista O fator de hora de pico trata da relação entre a taxa de fluxo de um período de 15 minutos e o período de uma hora O valor de PHF pode variar de 080 a 095 sendo que caso a rodovia seja rural o valor de PHF pode ser de 085 enquanto para rodovias urbanas o valor de PHF pode ser de 092 O fator de ajuste para veículos pesados 𝑓𝐻𝑉 considera os diferentes tipos de veículos que podem passar sobre a via como carros de passeios caminhões ônibus e trailers de forma a compatibilizar os efeitos de todos os veículos para efeitos de carros de passeios Nesse processo os ônibus e os caminhões são considerados de semelhantes devido ao efeito que ambos causam sobre o tráfego O fator de ajuste estima o efeito que estes veículos causam sobre o fluxo por meio dos fatores de equivalência 𝐸𝑖 que estimam a quantidade de carros de passeio necessários para causar o mesmo efeito sobre o tráfego A equação 692 demonstra como podemos calcular o fator de ajuste dos veículos pesados 𝒇𝑯𝑽 𝟏 𝟏 𝑷𝑻𝑬𝑻 𝟏 𝑷𝑹𝑬𝑹 𝟏 Equação 692 Em que 𝒇𝑯𝑽 é o fator de ajuste para veículos pesados 𝑷𝑻 é a porcentagem de caminhões e ônibus na corrente de tráfego 𝑬𝑻 é o fator de equivalência para caminhões e ônibus 𝑷𝑹 é a porcentagem de veículos de recreação 𝑬𝑹 é o fator de equivalência para veículos de recreação 210 As características da via como vimos nos subtemas anteriores também afetam a capacidade e o nível de serviço por exemplo em trechos planos e retos a capacidade é diferente daquela em trechos inclinados ondulados e curvos Esse efeito é identificado nos fatores de equivalência dos veículos pesados Para aplicar tal ajuste devese determinar sobre qual tipo de relevo a via foi construída trechos planos trechos ondulados ou trechos montanhosos Isso ocorre porque pode haver rodovias com rampas muito extensas sobre as quais os veículos pesados se locomovem em velocidades muito baixas Nestes casos é necessário identificar se os veículos estão em aclives ou declives e observar a extensão das rampas a fim de compatibilizar o fator de equivalência para cada situação Os fatores de equivalência conforme o HCM podem ser vistos nas Tabelas 64 65 66 e 67 Tabela 64 Fatores de equivalência de veículos pesados Fonte TRB 2010 211 Tabela 65 Fatores de equivalência para caminhões e ônibus em aclives Fonte TRB 2010 212 Tabela 66 Fatores de equivalência para veículos recreacionais em aclives Fonte TRB 2010 Tabela 67 Fatores de equivalência para caminhões ônibus e veículos recreacionais em aclives Fonte TRB 2010 O fator de ajuste para os motoristas 𝑓𝑝 considera o grau de familiaridade do motorista com a rodovia podendo variar de 085 a 100 sendo comum usar 100 a não ser que algum fator muito crítico indique que os motoristas da rodovia não estão familiarizados com o trajeto 213 Quando há um fluxo inferior a 1300 veich o HCM recomenda determinar a velocidade de fluxo livre da corrente de tráfego por meio da análise da velocidade dos automóveis No entanto nem sempre isso é possível então a velocidade de fluxo livre pode ser determinada pela equação 693 𝑭𝑭𝑺 𝑭𝑭𝑺𝒊 𝒇𝑳𝑾 𝒇𝑳𝑪 𝒇𝑵 𝒇𝑰𝑫 Equação 693 Em que 𝑭𝑭𝑺 é a velocidade de fluxo livre kmh 𝑭𝑭𝑺𝒊 é a velocidade ideal de fluxo livre 120 ou 130 kmh 𝒇𝑳𝑾 é o fator de ajuste para largura das faixas kmh 𝒇𝑳𝑪 é o fator de ajuste para largura dos acostamentos kmh 𝒇𝑵 é o fator de ajuste para número de faixas de tráfego kmh 𝒇𝑰𝑫 é o fator de ajuste para densidade de trevos kmh Para determinar a velocidade de fluxo livre da via nós devemos considerar a velocidade de fluxo livre ideal que o HCM determina ser de 130 kmh para rodovias rurais e 120 kmh para rodovias urbanas A partir desse valor são aplicadas reduções de velocidade que impactam a velocidade ideal Os diferentes fatores podem ser determinados conforme as Tabelas 68 69 610 e 611 Tabela 68 Fatores de ajuste para largura das faixas Fonte TRB 2010 Tabela 69 Fatores de ajuste para número de faixas Fonte TRB 2010 214 Tabela 610 Fatores de ajuste para densidade de entroncamentos Fonte TRB 2010 Tabela 611 Fatores de ajuste para largura de acostamentos Fonte TRB 2010 Com tais equações podemos determinar os parâmetros necessários para definição do nível de serviço nos trechos da via No subtema seguinte observaremos um exemplo prático para determinação do nível de serviço da rodovia 610 Determinação do nível de serviço A determinação do nível de serviço de uma rodovia pode se dividir em quatro passos 1 a divisão de uma rodovia em trechos uniformes 2 a construção de uma curva de fluxo e velocidade 3 a determinação da taxa de fluxo 𝑣𝑝 e da curva de volume e velocidade e por fim 4 determinação da densidade D pela relação 𝑡𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟á𝑓𝑒𝑔𝑜 ou pela faixa de densidade apresentada graficamente Para compreendermos como o nível de serviço da rodovia é determinado vamos solucionar o exemplo a seguir 215 Uma autoestrada urbana em uma região ondulada tem velocidade limite de 110 kmh A rodovia conta com 4 faixas divididas em duas direções de 340 m de largura cada e acostamentos tanto à direita quanto à esquerda de 60 cm O tráfego na hora de pico é de 2000 veich em uma das direções e há 5 de caminhões e ônibus na hora de pico O fator de hora de pico é de 0092 m a distância média entre os pontos de acesso é 167 km e os motoristas estão acostumados com a via No trecho descrito acima temos vários dados da rodovia Para determinar o nível de serviço precisamos determinar primeiro a demanda ou taxa de fluxo 𝑣𝑝 Para isso usamos a equação 691 repetida abaixo 𝒗𝒑 𝑽 𝑷𝑯𝑭 𝑵 𝒇𝑯𝑽 𝒇𝒑 Equação 691 Sabemos que o fluxo livre na hora de pico 𝑉 é de 2000 veich o fator de hora de pico 𝑃𝐻𝐹 é de 092 e a rodovia conta com 2 faixas por sentido 𝑁 Como os motoristas são habituados ao tráfego o valor de 𝑓𝑝 é igual a 100 Logo 𝒗𝒑 𝟐 𝟎𝟎𝟎 𝟎 𝟗𝟐 𝟐 𝒇𝑯𝑽 𝟏 𝟎 Com todos estes dados obtidos pelo enunciado do exemplo precisamos agora calcular o fator de ajuste de veículos pesados 𝑓𝐻𝑉 Para isso devemos usar a equação 692 mostrada a seguir 𝒇𝑯𝑽 𝟏 𝟏 𝑷𝑻𝑬𝑻 𝟏 𝑷𝑹𝑬𝑹 𝟏 Equação 692 A porcentagem de caminhões e ônibus é de 5 não se mencionam veículos de recreação A determinação de equivalência dos caminhões e ônibus pode ser dada pela análise da tabela abaixo em que temos que 𝐸𝑇 é igual a 25 por conta do terreno montanhoso 216 Dessa forma o valor de 𝒇𝑯𝑽 é dado por 𝒇𝑯𝑽 𝟏 𝟏 𝟎 𝟎𝟓𝟐 𝟓 𝟏 𝒇𝑯𝑽 𝟎 𝟗𝟑𝟎 Retomando o cálculo de 𝒗𝒑 podemos substituir o valor de 𝒇𝑯𝑽 𝒗𝒑 𝟐 𝟎𝟎𝟎 𝟎 𝟗𝟐 𝟐 𝟎 𝟗𝟑𝟎 𝟏 𝟎 𝒗𝒑 𝟏 𝟏𝟔𝟗 𝐜𝐩𝐡 𝐟𝐚𝐢𝐱𝐚 A velocidade de fluxo livre pode ser calculada com base na velocidade máxima permitida Neste caso a velocidade máxima permitida é 110 kmh que seria a velocidade ideal Podemos calcular a velocidade de fluxo livre pela equação 693 𝑭𝑭𝑺 𝑭𝑭𝑺𝒊 𝒇𝑳𝑾 𝒇𝑳𝑪 𝒇𝑵 𝒇𝑰𝑫 Equação 693 Como a largura das faixas é de 340 m podemos determinar o valor de 𝑓𝐿𝑊 com base na tabela abaixo 217 Como a largura dos acostamentos é de 060 m o valor de 𝑓𝐿𝐶 é dado pela análise da tabela abaixo Como o número de faixas é igual a 2 podemos determinar 𝑓𝑁 com base na tabela abaixo Por fim sabemos que os entroncamentos estão espaçados a cada 167 km Ao fazer a relação inversa temos que a relação de entroncamentos por km é de 05988 próxima de 06 o valor de 𝑓𝐼𝐷 pode ser dado pela análise da tabela abaixo Observadas todas as tabelas podemos dizer que 𝑓𝐿𝑊 21 𝑘𝑚ℎ 𝑓𝐿𝐶 39 𝑘𝑚ℎ 𝑓𝑁 73 𝑘𝑚ℎ e 𝑓𝐼𝐷 25 𝑘𝑚ℎ Substituindo os valores na equação 693 temos 𝑭𝑭𝑺 𝑭𝑭𝑺𝒊 𝒇𝑳𝑾 𝒇𝑳𝑪 𝒇𝑵 𝒇𝑰𝑫 𝑭𝑭𝑺 𝟏𝟏𝟎 𝟐 𝟏 𝟑 𝟗 𝟕 𝟑 𝟐 𝟓 𝑭𝑭𝑺 𝟗𝟒 𝟐 𝒌𝒎𝒉 218 Como a taxa de fluxo de tráfego é 1169 cph faixa e a velocidade de fluxo livre é de 942 kmh e observando o gráfico da Figura 613 repetido abaixo podemos verificar que o nível de serviço da rodovia é C Outra forma de se determinar o nível de serviço é pelo cálculo da densidade no qual calculamos a razão entre a taxa de fluxo de tráfego e a velocidade de fluxo livre 𝑫 𝟏𝟏𝟔𝟗 𝟗𝟒 𝟐 𝑫 𝟏𝟐 𝟒𝟏 𝐜𝐩𝐡 𝐟𝐚𝐢𝐱𝐚 Observando a tabela abaixo também podemos determinar que o nível de serviço é C 219 Conclusão No último bloco da disciplina de Engenharia de Transportes nosso objetivo foi estudar o processo de determinação da capacidade viária e do nível de serviço das vias Estes dois conceitos estão diretamente relacionados à forma de controle do fluxo de veículos nas vias e à qualidade das viagens que são realizadas sobre a via De forma geral a capacidade viária está relacionada às características físicas das vias e a seus sistemas de controle No início do bloco retomamos as discussões do sistema ferroviário quando tratamos da análise da capacidade viária neste modo de transporte Nas ferrovias apenas um trem pode passar pela linha por vez por conta disso a capacidade da linha férrea é sempre muito limitada Por questões de controle na operação os trens devem trafegar a uma certa distância de segurança uns dos outros a fim de evitar acidentes Para isso são instituídos os sistemas de controle por bloco ou staffs elétricos O tráfego das ferrovias pode ser dado de forma unidirecional ou bidirecional sendo que os sistemas de operação e cruzamento de veículos se diferenciam o que consequentemente leva a determinações de capacidades de formas distintas Para o modo rodoviário a capacidade de uma rodovia é definida pelo Highway Capacity Manual mais conhecido como HCM um manual fundamental que orienta o processo de determinação da capacidade viária de diversos tipos de vias O nível de serviço outro aspecto importante estudado neste bloco é um indicador de qualidade e desempenho no sistema viário sendo uma maneira de medir a qualidade das condições operacionais do fluxo de veículos considerando importantes aspectos como a velocidade da corrente de tráfego o tempo de viagem e outros parâmetros O nível de serviço pode ser definido em 6 categorias diferentes indicadas por letras de A a F em que cada letra reúne uma série de condições operacionais que refletem a qualidade do serviço O nível A é o nível em que a rodovia opera com maior qualidade enquanto o nível F é o nível de pior qualidade 220 A determinação do nível de serviço segue um processo longo em que precisamos avaliar a demanda da rodovia e as condições de deslocamento A demanda também pode ser compreendida como a taxa de fluxo de veículos que percorre a rodovia e pode ser determinada por meio de uma série de cálculos que foram apresentados neste bloco Além de equações o cálculo da demanda e da capacidade e a determinação do nível de serviço exigem que os profissionais da engenharia saibam interpretar diferentes gráficos tabelas e quadros conforme foi trabalhado neste bloco tanto de forma teórica quanto de forma prática na resolução de um exercício numérico no último subtema REFERÊNCIAS FEBUNESP Capacidade de ferrovias 2016 Disponível em httpspessoasfebunespbrbarbarafiles201102AulaCapacidade2016pdf Acesso em 20 maio 2022 No RS freeway opera com 100 da capacidade na volta do Ano Novo G1 2016 Disponível em httpsg1globocomrsriograndedo sultransitonoticia201601norsfreewayoperacom100dacapacidadenavolta doanonovohtml Acesso em 30 maio 2022 SETTI José Reinaldo A Tecnologia de transportes São Carlos SPApostila para a Disciplina Tecnologia de Transportes Programa de Pós Graduação em Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo 2002 TRB Highway Capacity Manual HCM 2010 sl sn Bibliografia Complementar PAVELSKI Luziane M Gestão de sistema de transporte público na atualidade Curitiba Intersaberes 2020 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração modal São Paulo Cengage Learning 2012 Ebook 221 FERNANDES Elton T Transporte aéreo no Brasil uma visão de mercado Rio de Janeiro Elsevier 2016 Ebook ALBANO João Fortini Vias de transporte Porto Alegre Bookman 2016 Ebook HOEL Lester A GARBER Nicholas J SADEK Adel W Engenharia de infraestrutura de transportes uma integração multimodal São Paulo Cengage 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ferroviário história e tecnicas Sao Paulo Cengage Learning 2011 Ebook 222 CAMPOS Vânia B G C Planejamento de transportes conceitos e modelos Rio de Janeiro Interciência 2013 Ebook FRACASSI Geraldo Proteção de rios com soluções Maccaferri São Paulo Oficina de textos 2017 Ebook SHIRATO Vitor Rhein Aguillar Fernando Heren coord Transportes aquaviários São Paulo Saraiva 2012 Ebook QUALIDADE e produtividade nos transportes 2ed São Paulo Cengage 2015 Ebook SCHLUTER Mauro Roberto Sistemas logistícos de transportes Curitiba Intersaberes 2013 Ebook SARACENI Pedro Paulo Transporte marítimo de petróleo e derivados 2ed Rio de Janeiro Interciência 2012 Ebook