CAPÍTULO 09 – ESTUDOS DE CAPACIDADE INTRODUÇÃO
HCM – HIGHWAY CAPACITY MANUAL
Em 1920 começam a ser publicados os resultados dos primeiros estudos sobre
capacidade. A primeira versão HCM, cujo organismo americano responsável pela
edição é o TRB – Transportation Research Board.
O HCM é a principal referência bibliográfica sobre capacidade viária no mundo.
Em 1965 o TRB publicou a segunda edição HCM
Em 1985 o TRB publicou a terceira edição HCM
Em 1994 versão atualizada da terceira edição do HCM
Em 1997 e 2000 foram publicadas as outras versões.
Já foi editado o HCM 2010.
CONCEITOS
É necessário explicitar alguns conceitos e definições que serão usados ao longo deste
texto.
Fluxo de Tráfego – ou volume de tráfego é o número total de veículos que passam em
um determinado ponto durante um dado intervalo de tempo. O fluxo pode ser expresso
em períodos anuais, diários, horários.
Taxa de fluxo – é a taxa horária equivalente de veículos que passam por um dado ponto
durante um intervalo de tempo menor que uma hora, geralmente 15 minutos.
Densidade - é definida como o número de veículos que ocupa uma certa extensão de
uma faixa ou de uma rodovia. Comumente expressa em veículos /milha.
Velocidade média de percurso - Ela é definida como a extensão do trecho dividido
pelo tempo de deslocamento médio consumido pelos veículos para atravessar este
trecho. O tempo de deslocamento inclui somente o tempo que os veículos gastam em
movimento e não inclui paradas por retenção.
Velocidade média de viagem - Ela é definida como a extensão do trecho dividido pelo
tempo médio de viagem gasto pelos veículos atravessando o trecho, incluindo todos os
tempos parados por retenções.
Capacidade – capacidade de uma via é o máximo fluxo de veículos que ela pode
acomodar. Corresponde a oferta máxima da via e depende das características da via
(características geométricas da rodovia) e do tráfego (características da corrente de
tráfego).
As condições de operação quando uma via opera próximo ou no limite da capacidade
são bastante precárias, pois a quantidade elevada de veículos presentes restringe
significativamente a velocidade, dificulta mudanças de faixa e exige grande
concentração dos motoristas.
A avaliação da qualidade da operação numa via em um dado período é feita utilizando
conceitos de nível de serviço e volume de serviço.
Nível de Serviço – é definido como uma medida qualitativa das condições de operação
– conforto e conveniência de motoristas, e depende de fatores como: liberdade na
escolha da velocidade, finalidade para mudar de faixas nas ultrapassagens e saídas e
entradas na via e proximidade dos outros veículos.
Seis níveis de serviço são definidos: A, B, C, D, E e F. O nível A corresponde às
melhores condições de operação e o nível de serviço F às piores. A seguir são descritas
as condições de operação correspondentes a cada nível de serviço.
NÍVEL A – fluxo livre. Concentração bastante reduzida. Total liberdade na escolha da
velocidade e total facilidade de ultrapassagens. Conforto e conveniência: ótimo
NÍVEL B – fluxo estável. Concentração reduzida. A liberdade na escolha da velocidade
e a facilidade de ultrapassagens não é total, embora ainda em nível muito bom. Conforto
e conveniência: bom
NÍVEL C – fluxo estável. Concentração média. A liberdade na escolha da velocidade e
a facilidade de ultrapassagens é relativamente prejudicada pela presença dos outros
veículos. Conforto e conveniência : regular.
NÍVEL D – próximo do fluxo instável. Concentração alta. Reduzida liberdade na
escolha da velocidade e grande dificuldade de ultrapassagens. Conforto e conveniência:
ruim
NÍVEL E – fluxo instável. Concentração extremamente alta. Nenhuma liberdade a
escolha da velocidade e as manobras para mudanças de faixas somente são possíveis se
forçadas. Conforto e conveniência: péssimo
NÍVEL F – fluxo forçado. Concentração altíssima. Velocidades bastante reduzidas e
freqüentes paradas de longa duração. Manobras para mudança de faixas somente são
possíveis se forçadas e contando com a colaboração de outro motorista. Conforto e
conveniência: inaceitável
A cada nível de serviço é associado um Volume de serviço.
Volume de serviço: máximo fluxo de tráfego em que as condições do nível de serviço
correspondente são ainda verificadas. Os volumes de serviço quantificam os intervalos
de fluxo correspondentes a cada nível de serviço.
Como pode ser observada, a capacidade da via C equivale ao volume de serviço
correspondente no nível de serviço E.
C=VSE
Fator de Hora Pico - Enquanto as projeções do volume de tráfego para um
planejamento em longo prazo são freqüentemente expressas em unidade de VDMA
(veículos por dia), que logo a seguir é reduzido para volume horário, a análise do nível
de serviço é baseada em taxas de fluxo de pico que ocorrem dentro da hora de pico.
O que normalmente se faz é dividir a hora de pico em 4 intervalos de 15 minutos e
fazer a contagem de veículos anotando-se o volume separadamente para cada
intervalo.Toma-se o maior volume registrado, multiplicando-o por 4, ou seja, fazendo:
4 x V15
Esse produto normalmente é maior que o volume total de uma hora que foi registrado
(V).
O Fator de Hora Pico (FHP) é a relação que existe entre o volume de uma hora e o
volume máximo de 15 minutos multiplicado por 4 , ou seja,
V
FHP = ------------------4 x V15
FHP = fator de hora pico
V = volume horário em vph
V15 = volume durante o pico de 15 minutos em veíc/15 minutos
FATORES QUE AFETAM A CAPACIDADE E OS VOLUMES DE SERVIÇO
Características da via: tipo, número de faixas por sentido, largura das faixas, distância
entre as margens da pista e obstáculos laterais (largura dos acostamentos), ambiente
típico atravessado, traçado em planta.
Características do tráfego: composição da frota, distribuição do fluxo por sentido e
tipo de usuário.
A seguir serão comentados brevemente cada um desses fatores:
1. Tipo de Via – há diferença entre vias de múltiplas faixas e vias de duas faixas,
uma em cada sentido: a ultrapassagem nas vias de duas faixas. Em razão disso, o
HCM classifica as vias para efeito de análise da capacidade e volumes de
serviço (níveis de serviço), nos seguintes tipos:
Vias especiais de múltipas faixas (freeways): via de duas ou mais faixas por sentido,
com divisão central estrutural (defensas) ou natural (canteiro) e com entrada e saída
restritas e realizadas em ramos de alta velocidade. (Não será o foco de estudo).
Vias comuns de múltiplas faixas (multilanes): via de duas ou mais faixas por sentido,
sem divisão central quando existe apenas uma marca no pavimento separando as
correntes opostas. Inexiste controle de acesso e saída, prejudicando o fluxo e tornando a
performance desse tipo de via diferente das freeways.
Vias com duas faixas e dois sentidos (two-lanes): via na qual a operação apresenta
aspectos totalmente diferentes em relação às vias de múltiplas faixas, uma vez que as
ultrapassagens são feitas na faixa utilizada pela corrente oposta.
2. Número de faixas – quanto maior o número de faixas, maior a capacidade e os
volumes de serviço.
3. Largura das faixas e acostamentos – influência devido ao atrito psicológico
veículo-veículo ou veículo-obstáculo, que se reflete principalmente na redução
de velocidade.
4. Traçado em planta e perfil – influi devido às restrições de velocidade máxima
e ultrapassagens nos trechos em curva (caso de vias com duas faixas e dois
sentidos).
5. Ambiente típico atravessado – nas vias comuns de múltiplas faixas, a
eficiência operacional é maior naquelas que atravessam zonas tipicamente rurais,
onde o número de interferências devido às entradas e saídas é significativamente
menor do que nas vias que se localizam próximo de zonas urbanas.
6. Composição da frota – os veículos comerciais devido as suas maiores
dimensões e menor relação potência/peso, implicam em velocidades menores,
sobretudo em rampas ascendentes, reduzem a capacidade e os volumes de
serviço das vias. Assim, a presença de ônibus e caminhões na corrente de tráfego
faz com que seja reduzida a capacidade de uma rodovia em relação àquela que
possui apenas automóveis na corrente.
7. Tipo de usuário – os usuários que utilizam regularmente a via por razões de
trabalho, estudo, etc. conhecem bem a mesma maximizando a eficiência
operacional. O mesmo não ocorre com os usuários que utilizam a via para lazer
não conhecem bem a estrada e dirigem sem preocupação com tempo, reduzindo
a eficiência operacional da via.
Condições Ideais
largura de faixa igual a 3,6 m (12 pés)
distância de 1,8 m (6 pés) da borda do leito das faixas externas até às obstruções ou
objetos mais próximos ao lado ou no canteiro central.
velocidade de projeto de 112 km/h (70 mph) para rodovias de múltiplasfaixas e de 96
km/h (60mph) para rodovias com duas faixas.
somente automóveis na corrente de tráfego
Outros fatores que também influem:
Distribuição Direcional:
Durante uma hora específica, o volume em uma direção pode ser muito maior do que
em outra. Uma rodovia radial urbana, atendendo a uma forte demanda direcional no
sentido do acesso ao centro da cidade durante a manhã e no sentido oposto ao
entardecer, pode apresentar um desequilíbrio entre os fluxos direcionais, maior do que
2:1. Outros tipos de rodovias também podem ser objeto de desequilíbrios direcionais
significativos, os quais devem ser levados em consideração no processo de projeto. A
distribuição direcional é um fator preponderante na análise de capacidade. Isto é
particularmente verdadeiro para rodovias rurais de pista simples com duas faixas de
rolamento.
DISTRIBUIÇÃO POR FAIXA
Quando mais de uma faixa para cada sentido do tráfego são disponíveis, a distribuição
dos veículos nela varia enormemente. A distribuição por faixas dependerá da
regulamentação do tráfego, composição, velocidade e volume,quantidade e localização
dos acessos, padrões de origem-destino dos motoristas, desenvolvimento do ambiente e
hábitos dos motoristas locais. Os procedimentos do Manual consideram uma capacidade
média para uma rodovia com múltiplas faixas em regime de fluxo contínuo de 2.000
automóveis/hora/faixa, reconhecendo que o fluxo em algumas faixas individualmente
pode ser maior e em outras , menor.
1. RODOVIAS DE MÚLTIPLAS FAIXAS – MULTILANES
Como já foi visto, são consideradas rodovias com duas pistas separadas por canteiro
central, ou rodovias de uma só pista com uma faixa central pintada no pavimento
dividindo os fluxos opostos, mas que não apresentam, como uma Freeway, controle
total dos acessos, embora possuam características geométricas e operacionais
similares.
Elas existem em diversos ambientes rurais ou suburbanos, operando em regime de
fluxo contínuo, oferecendo um escoamento rápido e com um mínimo de interrupções.
Normalmente têm limites de velocidade situados entre 40 e 55 mph (60 a 90 km/h).
Podem ser encontrados sinais luminosos ao longo dessas rodovias embora espaçadas
por mais de 2 milhas (3,6 km).
O volume de trânsito nesse tipo de rodovia varia normalmente entre 15 000 a 40 000
veículos por dia. Em alguns casos pode chegar até a 100 000 veículos/dia, porém em
pontos restritos.
O fluxo nessas rodovias não é tão eficiente quanto o das Auto-Estradas devido aos
seguintes fatores:
- veículos podem entrar e sair da rodovia nas intersecções e acesso, mesmo que tenha
que cortar o canteiro central em certos pontos.
- sinais luminosos podem ser locados neste tipo de rodovias.
- as características geométricas são inferiores.
Comparados com as Arteriais Urbanas, as características são superiores e o controle
de acesso é mais rigoroso e os limites de velocidade são mais altos. Diferem
substancialmente das de duas faixas por não necessitar de habilidade do motorista e
distância de visibilidade para ultrapassar os veículos mais lentos.
Velocidade de Fluxo-Livre
Esta é a velocidade teórica do trânsito quando a densidade se aproxima de zero; os
motoristas se sentem confortáveis em condições existentes de trânsito e ambientais.
Para efeito de análise o limite superior será de 1 400 automóveis por hora e por faixa.
Os estudos das características do fluxo de uma rodovia de múltiplas faixas determina
um conjunto de condições ideais que servem de base para desenvolver as relações e
ajustamentos no fluxo.
Essas condições são:
• terreno plano com greide de no máximo 2%
• largura de faixas em 3.60 m (12 pés)
• um mínimo de 3.60 m (12 pés) no total das obstruções laterais na direção do
trânsito. Esse total considera-se tanto a obstrução do acostamento mais a do
canteiro central . Obstruções laterais maior que 6 pés considera-se como 6 pés
(1.8 m)
• nenhum acesso direto ao longo da rodovia
• somente automóveis na corrente de trânsito
• velocidade do fluxo-livre em 60 mph (100 km/h) ou mais
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE FLUXO-LIVRE COMO:
Ação da Polícia Rodoviária
A presença da Polícia Rodoviária faz com que a velocidade dos veículos seja diminuída,
contudo, observa-se que o efeito é apenas temporário e depende do tipo e da técnica de
controle de velocidade utilizada pela Polícia. Normalmente o efeito se estende em 10 ou
15 km ao longo da rodovia
Velocidade de Projeto
A velocidade de projeto é o principal elemento físico que pode afetar a velocidade de
viagem de uma rodovia de múltiplas faixas. O alinhamento horizontal e vertical de uma
rodovia influi na velocidade dos veículos
Limite de Velocidade
O limite de velocidade colocado nas rodovias normalmente afetam a velocidade do
fluxo-livre do automóvel. Típicamente, a média das velocidades dos automóveis é
acima do limite de velocidade para as rodovias de múltiplas faixas.
Largura das Faixas e Obstrução Lateral
A largura de faixas menores que 12 pés (3.60 m) reduzem a velocidade dos veículos,
mas larguras maiores de 12 pés não são consideradas para o aumento das velocidades
sob as condições ideais. Obstruções laterais existentes a menos de 6 pés de cada lado
da pista afetam a velocidade de fluxo-livre, obstruções como muros, postes de luz,
pilares de viadutos, etc.
Canteiro Central
Uma rodovia que tiver um canteiro central levantado ou enterrado e tiver mais de 10 pés
é considerado como tendo canteiro central a menos que esse canteiro tenha menos que
500 pés (150 m) de comprimento
Pontos de Acessos
Um importante fato de influência na velocidade do fluxo-livre é o número de acessos do
lado direito da rodovia.
FATOR DO VOLUME DE TRÂNSITO
Fator de Hora Pico
O volume de trânsito básico usado neste capítulo é o período do pico de 15 minutos, o
qual ocorre tipicamente durante a hora de pico do dia. A conversão do volume horário
na taxa de fluxo, obtém-se dividindo-se o volume horário pelo Fator de Hora de Pico
(FHP).
Fator para Veículos Pesados
A conversão de veículos pesados em número equivalente de automóveis é importante
em seções da rodovia que tenham um greide vertical com uma razoável extensão
porque para terrenos planos e para condições próximas da capacidade, caminhões,
ônibus e veículos recreacionais tendem a operar como automóveis e com isso o fator
de equivalência tende para a unidade. Nas rodovias de faixas múltiplas os ônibus são
considerados como se comportando como caminhões.
METODOLOGIA ... continua