Engenharia de Tráfego: Conceitos e Demanda

Modos e Sistemas de Transporte

Temos quatro principais modos de transporte: aéreo, hidroviário, ferroviário e rodoviário.

Um sistema de transporte consiste em três componentes:

1. Elementos físicos;
2. Recursos humanos;
3. Normas operacionais.

O eixo vertical representa a distância (x) ao longo de uma via, e o eixo horizontal representa o tempo (t) gasto para percorrer essa distância. A trajetória de um veículo é representada por uma função x(t).

O que é a Engenharia de Tráfego?

É a área do conhecimento que tem como objetos o planejamento, projeto geométrico e operação de tráfego em vias, suas redes, terminais, lotes e relações com outros modos de transporte.

Código de Trânsito Brasileiro (CTB)

• Substituiu o anterior, de 1967;
• Em vigor desde janeiro de 1998;

Art. 24 do CTB

Compete aos órgãos e entidades executivos de trânsito dos Municípios, no âmbito de sua circunscrição:

• II - planejar, projetar, regulamentar e operar o trânsito de veículos, de pedestres e de animais e promover o desenvolvimento da circulação e da segurança de ciclistas;
• III - implantar, manter e operar o sistema de sinalização, os dispositivos e os equipamentos de controle viário;
• VI - executar a fiscalização de trânsito, autuar e aplicar as medidas administrativas cabíveis, por infrações de circulação, estacionamento e parada previstas neste Código, no exercício regular do Poder de Polícia de Trânsito.

Art. 60 do CTB

As vias abertas à circulação, de acordo com sua utilização, classificam-se em:

1. Vias Urbanas:
   • Via de trânsito rápido;
   • Via arterial;
   • Via coletora;
   • Via local.
2. Vias Rurais:
   • Rodovias;
   • Estradas.

Velocidades Máximas (sem sinalização):

• Urbanas: 80 km/h (trânsito rápido); 60 km/h (arteriais); 40 km/h (coletoras); 30 km/h (locais);
• Rurais (Rodovias): 110 km/h (automóveis, camionetas e motocicletas); 90 km/h (ônibus e micro-ônibus); 80 km/h (demais veículos);
• Rurais (Estradas): 60 km/h.

Vias Urbanas

São o espaço por onde circulam pessoas a pé ou utilizando veículos. Servem também para:

• A distribuição de energia elétrica, telefonia, sinais televisivos;
• Conduzir água potável, retirar esgotos sanitários e águas pluviais.

As calçadas (via de pedestres) também servem para a arborização e para a instalação de equipamentos públicos (telefone, caixa de correio).

Manutenção de Vias Urbanas

Tais atividades exigem manutenção da via e geram conflitos, sobretudo no tráfego de veículos e pedestres, sendo necessário:

• Planejamento do sistema viário;
• Construção de novas vias;
• Ampliação/adaptação de vias existentes.

Vias Férreas

O objetivo da via permanente ferroviária é possibilitar a operação de serviços de transporte ferroviário com segurança, eficiência e conforto, sejam eles de passageiros urbanos, intermunicipais, especiais (fretamento, turismo etc.) ou de cargas.

A infraestrutura é o leito da estrada, constituído pelo trabalho de terraplenagem acrescido de eventuais túneis, pontes e viadutos sobre os quais se assentam os trilhos.

Características do Tráfego

• TRÁFEGO: movimento de veículos;
• TRÂNSITO: movimentação e imobilização de veículos, pessoas e animais nas vias terrestres.

Demanda

A demanda pode ser medida em tráfego (veículos), transporte (bens ou pessoas), atividades (residentes, empregos), etc.

Em síntese:

• Demanda: veículos que desejam passar;
• Volume, fluxo: veículos que passam;
• Variável de demanda: volume.

Com isso, temos que o volume de tráfego (q(t)) é a quantidade de veículos que passa por um ponto ou seção de via durante um intervalo de tempo.

Planejamento e Demanda de Transportes

Introdução ao Planejamento

O planejamento de transportes tem como objetivo definir medidas ou estratégias para adequar a oferta de transporte com a demanda existente ou futura.

Para um adequado planejamento, há necessidade de se fazer uma estimativa da demanda de transporte. Sem esta estimativa, não seria possível definir a alternativa de transporte ou a medida mais adequada a ser implantada visando atender às necessidades da população de uma região.

A estimativa da demanda é feita utilizando-se métodos de projeção ou modelos de planejamento de transporte. Através destes, procura-se modelar o comportamento da demanda e, a partir daí, definir as alternativas que melhor se adaptem à realidade da região.

Características da Demanda de Transportes

A demanda por transporte é considerada uma demanda "derivada", isto porque ela é consequência da necessidade de deslocamento para se realizar alguma atividade. Por isto, pode variar com a hora do dia, com o dia da semana, o propósito da viagem e com o tipo de serviço oferecido.

A demanda por transporte pode ser determinada de duas formas:

• a) Agregada: modela-se o mercado sem passar pelo comportamento individual. A estimação se faz com base em dados cujas observações foram agregadas (população, emprego, renda nacional, consumo, exportação, etc.).
• b) Desagregada: modela a demanda com base em comportamentos individuais. A estimativa é feita com base em dados cujas observações se referem a um indivíduo ou grupos de indivíduos com características semelhantes.

Se a intensidade dessas relações não for acompanhada de um planejamento prévio da estrutura regional e urbana (legislação de uso do solo) e do sistema de transportes, pode-se chegar a uma situação caótica, gerada pelo desequilíbrio entre a oferta e a demanda, resultando em constantes congestionamentos e dificuldades na circulação de pessoas ou de mercadorias.

Os procedimentos de análise e previsão da demanda têm como objetivo subsidiar as tomadas de decisão quanto a mudanças que se fazem necessárias no sistema de transporte.

A coleta de informações vai dar suporte aos modelos de previsão de demanda.

Modelos de Previsão de Demanda

Introdução aos Modelos

Os modelos de previsão de demanda são úteis para estimar a demanda para novas estratégias ou projetos de transportes como suporte à tomada de decisão quanto a mudanças que podem ser implantadas em planos de curto e médio prazo.

Estes modelos compreendem dois tipos de estimativa da demanda:

• a) Incondicional: não vinculada a outras variáveis, utilizando séries históricas;
• b) Condicional: vinculada a variáveis que podem ter influência sobre o comportamento desta, por exemplo: renda, população, PIB, etc.

Estimativa Incondicional

Projeção do tráfego com base em séries históricas.

Os modelos de tráfego utilizam normalmente para previsão de uma situação futura, variáveis como população, emprego, renda, frota de veículos, etc. Entretanto, quando se dispõe de uma série de dados de tráfego em uma via, pode-se determinar a função que mais se aproxima da variação constatada através dos anos e adotá-la como base para a previsão do tráfego futuro.

A projeção através da análise das séries históricas se baseia em extrapolação de tendências e apresenta como principal limitação o fato de isolar a evolução do tráfego, não considerando a influência de outras variáveis intervenientes.

Projeção Linear

A projeção linear admite que a demanda cresce segundo uma progressão aritmética, em que o primeiro termo é a demanda inicial e a razão é o percentual de crescimento desta demanda por ano no período de tempo que compõe a série histórica.

Dn = D0 * (1 + n * a)

Onde:

• Dn = demanda no ano “n”;
• D0 = demanda no ano base;
• a = taxa de crescimento anual;
• n = número de anos decorridos após o ano base.

Projeção Geométrica ou Exponencial

Admite que a demanda cresce segundo uma progressão geométrica, em que o primeiro termo é a demanda inicial e a razão é o fator de crescimento anual.

Dn = D0 * (1 + a)^n

Onde:

• Dn = demanda no ano “n”;
• D0 = demanda no ano base;
• a = taxa de crescimento anual;
• n = número de anos decorridos após o ano base.

Linha de Tendência

Neste procedimento busca-se identificar, a partir da série histórica, a tendência de crescimento positivo ou negativo da demanda durante um determinado período. Para tanto utiliza-se o método dos mínimos quadrados. O ajuste, em geral, do modelo tem como resultado a equação de uma reta, cuja fórmula geral é:

y = a + b * x

Onde:

• y = variável dependente (demanda);
• x = variável independente (ano correspondente);
• a = coeficiente linear (intercepto);
• b = coeficiente angular.

Os coeficientes 'a' e 'b' são calculados com base nos valores observados (xi, yi) e suas médias.

Curva Logística

Quando se estuda a variação de volumes de tráfego através de dados históricos, condicionando-a ao valor de saturação ou capacidade de uma rodovia, revelou-se muito prática a Curva Logística, cuja equação pode ser utilizada na forma:

Vn = C / (1 + k * e^(-r*(n-n0))) (Nota: A fórmula original estava incompleta, esta é uma forma comum da curva logística)

Onde:

• Vn = volume de tráfego no ano “n”;
• C = capacidade da rodovia (valor de saturação);
• k, r = constantes;
• n = ano referente a Vn;
• n0 = ano base.

Estudo de Tráfego Futuro (Sem Dados Históricos de Volume)

Tf = Fc * Ta

Onde:

• Tf = tráfego futuro;
• Fc = fator de crescimento*;
• Ta = tráfego conhecido em um determinado ano.

* O fator de crescimento Fc pode ser calculado pela razão de dados referentes a duas épocas distintas, que se considerem representativos da variação do tráfego. Podem ser: a população, a utilização de carros (viagens de carro/número de carros), a área geradora do tráfego, a densidade de construção e outros parâmetros associados ao tráfego.

Exemplo com população:

Fc = Pf / Pa

Onde:

• Pf = população futura;
• Fc = fator de crescimento;
• Pa = população do ano de referência.

Exemplo de Projeção de População – Crescimento Logístico

O crescimento populacional segue uma relação matemática, que estabelece uma curva em forma de S. A população tende assintoticamente a um valor de saturação.

Estimativa Condicional

A estimativa condicional compreende a identificação dos fatores/variáveis que influenciam a demanda e a maneira como estes interagem e afetam os sistemas de transporte.

Procura-se, assim, definir uma função que possibilite estimar a demanda com base em variáveis que têm uma relação com o comportamento desta.

De um modo geral, os fatores determinantes da demanda estão relacionados com:

• a) As características socioeconômicas dos usuários;
• b) O custo do uso do sistema;
• c) Atributos relacionados com o nível de serviço do sistema.

Avaliação Estatística da Regressão

• a) Coeficiente de Determinação (R²): representa a proporção da variação total de 'y' explicada pelo ajuste da regressão. Quanto mais próximo de 1, mais significativo é o valor resultante da equação e, consequentemente, mais representativa da estimativa feita por esta equação da reta.

  (Fórmula envolvendo yie, y médio, yi)

• b) Erro Padrão da Estimativa (EP): indica o grau de variação dos dados em relação à linha de regressão obtida; matematicamente, é a medida do erro esperado ao se calcular a variável dependente a partir das variáveis independentes da equação proposta.

  (Fórmula envolvendo variância residual s²)

• c) Teste “t”: indica a significância do coeficiente de regressão de cada variável independente na equação de regressão; em geral, “t” deve ter um valor no mínimo de 2,0 para um nível de significância de 95%.

  t = b / EP(b)

  Onde:

  • b = coeficiente angular;
  • EP(b) = erro padrão do coeficiente angular.

Parâmetros de Tráfego

Equivalência em Carros de Passeio (Fator de Equivalência)

• Carros: 1,0
• Caminhões e Ônibus: 1,5
• Reboques: 2,0
• Motocicletas: 1,0 (Nota: pode variar, às vezes é menor)
• Bicicletas: 0,5
• Outros Veículos: 1,1

Volume Médio Diário (VMD)

• Volume Médio Diário Anual (VMDa): número total de veículos trafegando em um ano dividido por 365.
• Volume Médio Diário Mensal (VMDm): número total de veículos trafegando em um mês dividido pelo número de dias do mês. É sempre acompanhado pelo nome do mês a que se refere.
• Volume Médio Diário Semanal (VMDs): número total de veículos trafegando em uma semana dividido por 7.

Fator de Hora de Pico (FHP)

O FHP varia, teoricamente, entre 0,25 (fluxo totalmente concentrado em um dos períodos de 15 minutos) e 1,00 (fluxo completamente uniforme), ambos os casos praticamente impossíveis de se verificar. Os casos mais comuns são de FHP na faixa de 0,75 a 0,90. Os valores de FHP nas áreas urbanas se situam geralmente no intervalo de 0,80 a 0,98. Valores acima de 0,95 são indicativos de grandes volumes de tráfego, algumas vezes com restrições de capacidade during a hora de pico.

Distância de Visibilidade

Distância de visibilidade é a extensão da estrada que pode ser vista à frente pelo motorista.

A segurança de uma estrada está intimamente ligada à visibilidade que ela oferece. O projetista sempre deverá procurar soluções que gerem espaços com boa visibilidade.

Alguns valores mínimos devem ser respeitados:

• Distância de Visibilidade de Frenagem (Df)
• Distância de Visibilidade de Ultrapassagem (Du)

Cálculo da Distância de Frenagem (Simplificado)

A distância de frenagem (Df) é a soma da distância percorrida durante o tempo de percepção e reação (d1) e a distância percorrida durante a frenagem propriamente dita (d2).

• Distância de Percepção/Reação: d1 = 0,7 * V (aproximado, onde V é a velocidade em km/h e o tempo de reação é ~2,5s)
• Distância de Frenagem: d2 = V² / (254 * (f ± i)) (fórmula mais completa, onde f é o coeficiente de atrito e i é a inclinação da rampa)
• Fórmula simplificada mencionada (sem inclinação): d2 = 0,0039 * V² / f (verificar unidades e coeficientes)

Efeito das Rampas sobre a Distância de Frenagem

Nos trechos em rampa, a componente do peso dos veículos na direção da rampa ajuda o veículo a parar nas subidas e dificulta nas descidas.

Chamaremos de i a inclinação da rampa (greide), ou seja, a tangente do ângulo formado entre a rampa e a horizontal (expressa em decimal, ex: 5% = 0,05).

• i > 0: rampa ascendente (subida).
• i < 0: rampa descendente (descida).