AVALIAO DE INTERSEES SEMAFORIZADAS UTILIZANDO SOFTWARE DE MICROSSIMULAO: COMPARAO ENTRE

METODOLOGIAS UTILIZADAS

Frederico Rodrigues Programa de Engenharia de Transportes

COPPE/UFRJ

RESUMO Constantemente em estudos de trfego urbano necessrio avaliar o nvel de qualidade em que uma determinada interseo opera, isto , quo ociosa ou quo saturada um determinado cruzamento est e quais so as conseqncia disto no que se refere a atraso mdio, grau de saturao, filas entre outros. Tradicionalmente tem-se aplicado a metodologia do Highway Capacity manual (TRB, 2000). Todavia, esta metodologia classifica a interseo em nveis de servio apenas em funo do atraso mdio por veculo. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo comparar a metodologia do HCM 2000 para intersees com a metodologia Intersection Capacity Utilization (HUSCH & ALBECK, 2003). Tal metodologia baseia-se na avaliao da reserva de capacidade existente em uma determinada interseo ou de qual saturada esta se apresenta. Para tal avaliao ser utilizado o software de microssimulao Synchro/SimTraffic e espera-se com este trabalho fornecer um referencial sobre a adequabilidade das duas metodologias em avaliao de qualidade de operao de intersees em centros urbanos.

ABSTRACT Constantly in studies of urban traffic it is necessary to evaluate the quality of service of intersection. Traditionally the methodology of the Highway Capacity Manual has been applied (TRB, 2000). However, this methodology classifies the intersection in platforms of levels of service only in function of the average delay for vehicle. In this context, the present work has for objective to compare the methodology of HCM 2000 for intersections with the methodology Intersection Capacity Utilization (HUSCH & ALBECK, 2003). Such methodology is based on the evaluation of the reserve of existing capacity in one determined intersection. For such evaluation the software of microssimulao Synchro/SimTraffic will be used and expects with this work to supply a referencial on the adequateness of the two methodologies in evaluation of quality of operation of intersections in urban centers.

1. INTRODUOA avaliao da operao de intersees semaforizadas em centros urbanos funo de diversos parmetros, a saber: caractersticas geomtricas da interseo, declividade, programao semafrica, largura e nmero de faixas, velocidade mdia dos veculos, classificao da frota, etc. Neste contexto, a modelagem com o intuito de simplificar a avaliao de intersees em vias urbanas um procedimento rotineiro e bastante usual, devido a significativa demanda de se quantificar quo ocioso ou quo saturado determinado cruzamento entre vias est.

Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo utilizar um software de microssimulao para comparar duas metodologias de avaliao de intersees. 2. METODOLOGIA HIGHWAY CAPACITY MANUAL (HCM) Durante muito tempo utilizou-se a metodologia proposta pelo Highway Capacity Manual (1994), que relacionava o grau de saturao de uma via com o nvel de qualidade em que esta operava, atravs da classificao em nveis de servio, conforme mostrado a seguir:

GS 80%, correspondendo aos nveis A, B, C e D, indica que a aproximao viria no apresenta problemas operacionais;

80% < GS < 100%, correspondendo ao nvel E, indica que a aproximao est operando prximo ou no limite da capacidade de trfego;

GS = 100% (ou superior), nvel F, indica estado de saturao, onde a demanda superior capacidade viria, causando excessivas filas de veculos e atrasos.

Todavia, as recentes pesquisas, realizadas por diversos rgos e/ou academias em todo mundo, na rea de engenharia de trfego, tm revelado alguns parmetros cuja eficincia e preciso tm mudado as tradicionais formas de se avaliar intersees.

Um exemplo disto a reviso feita pelo Highway Capacity Manual (TRB, 2000) que a partir de ento passou a classificar os nveis de servio de intersees em funo do atraso mdio por veculo, segregando os seguintes patamares:

Nvel de Servio A: menor que 10 seg./veculos; Nvel de Servio B: entre 10 e 20 seg./veculos; Nvel de Servio C: entre 20 e 35 seg./veculos; Nvel de Servio D: entre 35 e 55 seg./veculos; Nvel de Servio E: entre 55 e 80 seg./veculos; Nvel de Servio F: maior que 80 seg./veculos;

Este atraso mdio possui complexa metodologia de clculo que envolve uma srie de variveis independentes e procedimentos como, por exemplo, pesquisa de perfil de ciclo. Neste contexto, a obteno da varivel dependente Atraso mdio por Veculo, se torna relativamente difcil e, de certa forma, invivel de ser obtida em determinadas demandas de avaliao da qualidade de operao de intersees semaforizadas.

Neste momento se torna muito til a utilizao de ferramentas computacionais capazes de simular, atravs de complexas modelagens, o funcionamento de uma interseo semaforizadas. So os chamados softwares de microssimulao de trfego.

No presente trabalho utilizou-se o software Synchro/SimTraffic (TRAFFICWARE, 2005), cujo relatrio de avaliao da interseo fornece, entre outros parmetros, o nvel de servio em funo do atraso mdio por veculo, segundo a metodologia HCM (2000). 3. METODOLOGIA ICU O software Synchro/SimTraffic fornece ainda um outro parmetro sobre a operao da interseo, o chamado ICU, Intersection Capacity utilization. O mtodo bastante similar tradicional relao entre volume hora-pico (VHP) e fluxo de saturao (v/c), considerada na metodologia do HCM (1994), todavia leva em considerao a soma do tempo necessrio para atender a todos os movimentos em uma interseo, caso esta fosse semaforizada com um tempo de ciclo padro, dividido pelo tempo total disponvel. Uma vantagem do mtodo o fato deste considerar tambm o tempo destinado aos pedestres.

A cada patamar de utilizao da capacidade da interseo assumido um cenrio para a mesma, um Nvel de Servio, conforme apresentado a seguir (HUSCH & ALBECK, 2003). Salienta-se que no deve ser confundido o Nvel de Servio padro HCM (TRB, 2000) com o Nvel de Servio (ICU). O primeiro leva em considerao o atraso mdio por veculo, enquanto o outro considera a reserva de capacidade ou deficincia da interseo.

A: ICU at 55% - no h congestionamento na interseo. Ciclos menores que 80 segundos so capazes de operar o trfico eficientemente. Todo trfico atendido no primeiro ciclo. Flutuaes de trfego, acidentes e obstruo de faixas causaram mnimos congestionamentos. Esta interseo pode acomodar at 30% a mais de trfego em todos os movimentos;

B: ICU entre 55% e 64% - no h congestionamento na interseo. Quase todo o trfego ser atendido no primeiro ciclo. Ciclos de 90 segundos ou menos so capazes de operar o trfego eficientemente. Flutuaes de trfego, acidentes, e obstrues da pista causaro mnimos congestionamentos. Esta interseo pode acomodar at 30% a mais de trfego em todos os movimentos;

C: ICU entre 64% e 73% - A interseo ainda no tem congestionamentos significativos. A maior parte do trfego deve ser atendida no primeiro ciclo. Ciclos de 100 segundos ou menos operaro o trfego eficientemente. Flutuaes de trfego, acidentes, e fechamentos de faixas pista podem causar congestionamentos. Esta interseo pode acomodar at 20% a mais de trfego em todos os movimentos.

D: ICU entre 73% e 82% - A interseo ainda no tem congestionamentos significativos. A maior parte do trfego deve ser atendida no primeiro ciclo. Ciclos de 110 segundos ou menos operaro o trfego eficientemente. Flutuaes de trfego, acidentes, e fechamentos de faixas pista podem causar congestionamentos significativos. Uma operao semafrica no otimizada causa congestionamentos. Esta interseo pode acomodar at 10% a mais de trfego em todos os movimentos.

E: ICU entre 82% e 91% - A interseo est no limiar das condies de congestionamento. Muitos veculos no so atendidos no primeiro ciclo. Um ciclo de 120 segundos requerido para operar eficientemente todo o trfego. Flutuaes de trfego, acidentes, e pequenas obstrues de faixas pista podem causar congestionamentos significativos. Uma operao semafrica no otimizada causa congestionamentos significativos. Esta interseo tem menos de 10% de capacidade de reserva disponvel.

F: ICU entre 91% e 100% - A interseo est operando o limiar da capacidade e provavelmente h congestionamentos com durao de 15 a 60 minutos. As filas residuais no fim do tempo de verde so comuns. Um ciclo de 120 segundos requerido para operar todo o trfego. Pequenas flutuaes do trfego, acidentes, e fechamentos menores da pista podem causar significativos congestionamentos. Uma operao semafrica no otimizada causa congestionamentos significativos.

G: ICU entre 100% e 109% - A interseo opera com sua capacidade excedida de 10% a 20% e ter, provavelmente, de congestionamentos com durao de 60 a 120 minutos. Filas longas so comuns. Um ciclo de 120 segundos ou mais requerido para operar todo o trfego. Os motoristas podem optar por rotas

alternas, se existirem. Uma programao semafrica atuada pelo trfego pode contribuir com a priorizao de certos movimentos.

H: ICU maior que 109% - A interseo est com capacidade excedente de 20% e pode ter perodos de congestionamentos com durao maior que 120 minutos. Filas longas so comuns. Um ciclo de 120 segundos ou mais requerido para operar todo o trfego. Os motoristas podem escolher rotas alternas, se existirem. Uma programao semafrica atuada pelo trfego pode contribuir com a priorizao de certos movimentos.

A metodologia foi proposta inicialmente em 1974 por Robert Crommelin em um artigo denominado Employing Intersection Capacity Utilization Values to Estimate Overall Level of Service(Apud HUSCH & ALBECK, 2003). Aps uma reviso da metodologia, realizada em 2000 adotaram-se o fluxo de saturao, tempo perdido e ajustes de volume iguais ao do HCM 1997. Alm disso, passou a ser considerado na modelagem, converses esquerda e faixas compartilhadas de converso esquerda, tempo requerido para pedestres e sua interferncia. Tambm passou a ser considerado o funcionamento de converso direita (direita livre, faixa compartilhada, etc).

Algumas premissas da concepo da metodologia devem ser destacadas, conforme listadas a seguir (HUSCH & ALBECK, 2003):

O ICU no prediz atraso, mas pode predizer quo freqente a interseo ter congestionamentos;

O ICU pode ser utilizado para intersees no semaforizadas para determinar a utilizao da capacidade, caso esta fosse semaforizada;

O ICU no foi desenvolvido para operao e planejamento de tempo de ciclos de semforo;

O ICU, com a reviso feita em 2003, tornou-se compatvel com a metodologia do HCM (TRB, 2000) e pode ser usado em conjunto com este. Parmetros como fluxo de saturao, por exemplo, so os mesmos nas duas metodologias;

O inverso do ICU apresenta o acrscimo de trfego necessrio para ser atingida a saturao da interseo;

O ICU 2003 requer o uso de um tempo de ciclo padro, fixo, usualmente 120 segundos. O uso deste valor no implica na obrigatoriedade de que a interseo opere com este ciclo.

O ICU deve ser usado para medir capacidade, no para operao ou planejamento de programao semafrica;

A Tabela 1 apresenta uma breve comparao entre a metodologia HCM (2000) e ICU (2003), no que se refere, principalmente, a parmetros considerados e aplicao (HUSCH & ALBECK, 2003):

Tabela 1 Parmetros e aplicaes das metodologias HCM e ICU ICU (2003) HCM (2000)

Parmetros Volume sobre capacidade Atraso

Aplicao

Planejamento, Estudos de Impacto, Dimensionamento de

rodovias

Operao e planejamento de

tempos de semforo

Uma vantagem da metodologia, e que pode ser de extrema relevncia em avaliaes de Impacto na Circulao, proveniente da implantao em centros urbanos de Plos Geradores de Trfego (PGTs), o fato desta discriminar, em cada patamar do Nvel de Servio, qual o percentual de trfego a mais que a interseo pode receber sem apresentar problemas. Tal parmetro pode ser diretamente confrontado com a demanda de trfego gerada pelo empreendimento em questo. 4. METODOLOGIA DE SIMULAO Para simular a qualidade de uma determinada interseo pelas duas metodologias descritas criou-se no software de microssimulao uma interseo simples com uma faixa de trfego por sentido conforme pode ser visto na Figura 1.

Figura1Ilustraodainterseoconstrudanosoftwaredemicrossimulao

Para avaliar a resposta das duas metodologias em diversas situaes variaram-se inicialmente os volumes de trfego em patamares de 200 veculos com 2% de veculos pesados em todas as composies.

Para esta interseo, foram realizadas simulaes com tempo de ciclo de semforo fixo e otimizado pelo software para cada composio volumtrica.

5. APRESENTAO E DISCUSSO DOS RESULTADOS A Tabela 2 apresenta na primeira e segunda coluna os dados de entrada no programa, volume e tempo de ciclo na interseo. As colunas seguintes fazem parte do relatrio do software, a saber: percentual de utilizao da interseo e o nvel de servio associado (ICU), atraso mdio por veculo e o nvel de servio associado (HCM).

A Tabela 3 apresenta os mesmos parmetros, todavia o dado de entrada Tempo de Ciclo foi otimizado pelo software em funo da variao de volume de veculos na interseo.

Tabela2Dadosdeentradaesadadosoftwareparatempodecicloconstante

CicloFixo

Volume TCICU(%)

ICUAtrasoHCM(s/veic.)

NSHCM

200 40 28,8 A 8,4 A400 40 39,6 A 9,8 A600 40 50,4 A 13,9 B800 40 61,2 B 49,7 D1000 40 72 C 399 F1200 40 82,8 E 830 F1400 40 93,6 F 1279,4 F1600 40 104,4 G 1739,1 F

Tabela3Dadosdeentradaesadadosoftwareparatempodeciclootimizado

CicloOtimizado

Volume TCICU(%)

NSICU

AtrasoHCM(s/veic.)

NSHCM

200 40 28,8 A 8,4 A400 40 39,6 A 9,8 A600 55 50,4 A 11,5 B800 70 61,2 B 13,1 B1000 80 72 C 15,2 B1200 110 82,8 E 20,5 C1400 140 93,6 F 31,9 C1600 150 104,4 G 103,7 F

Os grficos a seguir, que foram construdos a partir dos valores apresentados na Tabela 2, permitem uma melhor compreenso das variaes sofridas nos parmetros de mensurao da qualidade de funcionamento da interseo em funo da variao do volume de trfego.

Pela Figura 2 percebe-se que a variao do ICU ocorre linearmente com o aumento do fluxo de veculos na interseo.

Figura2VariaodoICUxVariaodevolumedetrfego

020406080

100120

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600Percen

tual

deutilizaao

dainterseo

(%)

Volume(vph)

J a Figura 3 mostra que o atraso mdio por veculo na interseo possui um ponto de inflexo no patamar de 800 vph, a partir do qual, o atraso mdio aumenta muito para o mesmo incremento de volume.

Figura3VariaodoatrasomdioporveiculoxVariaodevolumedetrfego

Avaliando os dois grficos, percebe-se que existe um limiar, a partir do qual, segundo a metodologia HCM (TRB, 2000), a interseo, para um dado tempo de ciclo constante, operar com baixos nveis de servio, enquanto a metodologia ICU mostra que a interseo ainda pode operar com satisfatrios nveis de servio.

J os grficos construdos a partir da Tabela 3, mostrados na Figura 4, mostram que com a otimizao da programao semafrica, o aumento do atraso mdio por veculo diminui significativamente em funo do aumento do volume veicular. Alm disso, o patamar a partir do qual o aumento do atraso mdio se torna muito sensvel em funo do aumento do volume veicular tambm aumentou para cerca de 1400 vph. Desta forma existe uma maior coerncia entre os resultados das duas metodologias.

Figura4VariaodoatrasomdioporveiculoeICUxVariaodevolumedetrfego

Uma importante considerao a ser feita que, devido ao fato das duas metodologias avaliarem parmetros independentes, aparentes incoerncias podem acontecer. Ou seja, absolutamente possvel obter um aceitvel nvel de servio (Padro HCM) como, por exemplo, nvel D, mesmo com valores de ICU maiores que 100%. Para isto basta haver uma programao semafrica que favorea os movimentos mais demandados (HUSCH &ALBECK, 2003).

Desta forma possvel inferir que a avaliao de determinada interseo apenas pela metodologia de atraso mdio por veculo (HCM) insuficiente, visto que a interseo

0

500

1000

1500

0 500 1000 1500

Atrasomd

io(s)

Volume(vph)

0

20

40

60

80

100

120

0 300 600 900 1200 1500

ICU

(%)

Atrasomd

io(s)

Volume(vph)

Atrasomdio

ICU

pode j est operando acima de sua capacidade, mas, ainda assim, apresentar um nvel de servio aceitvel (HUSCH &ALBECK, 2003).

Portanto, com base no que foi dito, bem como nos resultados mostrados nas Figura 4, possvel constatar que as duas metodologias so complementares, uma vez que apresentam avaliaes com base em parmetros diferentes. A reserva de capacidade discriminada por cada patamar do nvel de servio, padro ICU, s faz sentido devido ao fato desta metodologia considerar uma possvel otimizao da programao semafrica da interseo.

Tambm possvel verificar comparando o percentual de utilizao da interseo (ICU-%), apresentado na Tabela 2 e na Tabela 3, que os valores deste no variam, independente da otimizao do tempo de ciclo dos semforos. 5. CONCLUSES Pelos dados obtidos a partir da simulao desta interseo piloto percebe-se que a utilizao das duas metodologias de avaliao de forma conjunta pode fornecer concluses mais embasadas para a constante demanda de se avaliar a qualidade de operao de intersees semaforizadas em centros urbanos em diferentes situaes.

Enquanto a metodologia proposta pelo HCM infere sobre a qualidade de operao em tempo real da interseo, no que diz respeito ao tempo perdido pelos veculos, a metodologia ICU diz respeito principalmente capacidade da interseo absorver um incremento de trfego e quais os efeitos disto na operao da mesma.

Alm disso, pode-se concluir que o ICU no deve, em hiptese alguma, ser utilizado para o planejamento de programaes semafricas, visto que este totalmente indiferente ao tempo de ciclo.

Devido ao fato da metodologia ICU considerar vrios parmetros iguais aos considerados pelo HCM, as duas metodologias se tornam compatveis e complementares. Desta forma, o software Synchro/SimTraffic, que fornece em seu relatrio, alm de outros parmetros, o atraso mdio por veculo, o ICU e os nveis de servio, padro ICU e HCM, pode mostrar simultaneamente a capacidade de uma determinada interseo receber incrementos de trfego e quais so os efeitos disto na qualidade de operao da mesma.

Por ltimo, com relao avaliao das duas metodologias, conclui-se que a utilizao das mesmas, quando feitas em conjunto, minimiza concluses errneas sobre a qualidade de operao da interseo ora em estudo. A metodologia HCM , prioritariamente, destinada a avaliaes referentes programao semafrica de determinada interseo e pode ser muito til para mostrar possveis melhorias, passiveis de serem obtidas, atravs da alterao da mesma. Neste contexto, a metodologia ICU fornece um complemento avaliao, visto que ir avaliar a capacidade ociosa ou saturada da interseo ora em anlise. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS TRB, Transportation research board, national research council - Highway Capacity Manual. Washington, D.C., 1994. TRB, Transportation research board, national research council - Highway Capacity Manual. Washington, D.C., 2000. Husch, David & Albeck John, Intersection Capacity utilization: Evalution Procedures for Intersection and Interchanges. Trafficware, 2003. Trafficware. Synchro 6 Traffic Signal. 2005.