Em um dia estressante, no meio de um congestionamento, você provavelmente já se perguntou porque o semáforo demora tanto a abrir ou fecha tão rápido.
Lemos seus pensamentos?
Nesse post, iremos lhe mostrar como é feita a programação semafórica e ainda ensinaremos a você como calcular corretamente o ciclo de um semáforo.
Boa leitura!
Conceitos básicos
Para iniciarmos, precisamos conhecer alguns conceitos fundamentais a respeito dos semáforos, são eles:
Ciclo: é o tempo necessário à uma sequência completa de indicações luminosas, ou seja, é o tempo em que a sequência verde, amarelo e vermelho aparece por completo.
Fase: é a parte do ciclo reservada à uma combinação qualquer de movimentos de tráfego que recebem, simultaneamente, o direito de passagem.
Estágio: também conhecido como intervalo, é a parte do tempo de ciclo durante o qual não mudam as indicações luminosas.
Exemplo de um ciclo semafórico de duas fases.Offset: também conhecido como defasagem, é a diferença, em segundos, entre os verdes de dois semáforos consecutivos de uma mesma via e está relacionado com o sincronismo dos semáforos.
Exemplo de um offset.Split: é a porção de verde associada a cada estágio, ou seja, é a relação entre o período de verdes e o tempo de ciclo.
Entreverdes: é o intervalo de tempo entre o final do verde para uma fase e o início do verde para a fase seguinte, geralmente é composto por um tempo de amarelo e um tempo de vermelho total.
Aproximação: é a parte da via próxima de um cruzamento.
Exemplo de uma aproximação.Verde efetivo: é a parte de tempo de verde efetivamente utilizada pelo tráfego, ele é composto por boa parte do tempo de verde e uma parte do tempo de amarelo.
Atraso: é o tempo perdido num semáforo, quando retido pelo sinal vermelho.
Foco: é o conjunto formado pela superfície refletora, lâmpada e a lente colorida.
Grupo focal: é o conjunto de focos, orientado numa mesma direção, ou seja, são as luzes coloridas que compõem os semáforos.
Exemplo de um grupo focal.Função do semáforo
O objetivo primordial dos semáforos é organizar o tráfego de pessoas e veículos de modo a evitar qualquer tipo de conflito, como os acidentes.
No entanto, quando não usados corretamente ou usados quando não são realmente necessários, podem provocar atrasos excessivos ao trânsito, congestionamentos e até acidentes pelo desobedecimento das indicações luminosas.
Para tanto, é necessário sempre um estudo do tráfego para avaliar a necessidade de um semáforo e, caso positivo, para calcular o tempo de ciclo ideal para a situação.
Iremos, a seguir, aprender como é feito esse cálculo.
Cálculo do ciclo semafórico
Fator hora de pico
\mathrm{FHP = \dfrac{V_{hp}}{4.V_{15,máx}}}
Onde:
- FHP: é o fator hora de pico;
- Vhp: é o volume de veículos medido na hora de pico (veículos);
- V15,máx: é o volume máximo de veículos medido em um intervalo de 15 minutos (veículos).
Velocidade de fluxo livre
\mathrm{FFS = 75,4-f_{LW} -f_{LC}-3,22.{TRD}^{0,84}}
Onde:
- FFS: é a velocidade de fluxo livre (mi/h);
- fLW: é o fator de ajuste segundo a largura da faixa de rolamento (mi/h), tabela 1;
- fLC: é o fator de ajuste em função do afastamento lateral direito (mi/h), tabela 2;
- TRD: é a densidade total de acessos controlados (acessos/mi).
Tabela 1 – Fator de ajuste segundo a largura da faixa de rolamento.
Largura da pista (ft) | fLW (mi/h) |
L≥12 | 0 |
11≤L<12 | 1,9 |
L≤10 | 6,6 |
Tabela 2 – Fator de ajuste em função do acostamento.
Largura do acostamento (ft) | Número de faixas em uma direção | |||
2 | 3 | 4 | ≥5 | |
6 | 0 | 0 | 0,0 | 0,0 |
5 | 0,6 | 0,4 | 0,2 | 0,1 |
4 | 1,2 | 0,8 | 0,4 | 0,2 |
3 | 1,8 | 1,2 | 0,6 | 0,3 |
2 | 2,4 | 1,6 | 0,8 | 0,4 |
1 | 3,0 | 2 | 1,0 | 0,5 |
0 | 3,6 | 2,4 | 1,2 | 0,6 |
Fluxo de saturação
\mathrm{s = 525.L}
Onde:
- s: é o fluxo de saturação (veículo/h);
- L: é a largura da interseção (m).
Taxa de ocupação
\mathrm{yi=\dfrac{qi}{si}}
Onde:
- yi: é a taxa de ocupação para a aproximação;
- qi: é o fluxo na aproximação (veículo/h);
- si: é o fluxo de saturação (veículo/h).
Taxa de ocupação crítica
\mathrm{yi^*=yi,máx}
- yi*: é a taxa de ocupação crítica para cada estágio;
- yi,máx: é a taxa de ocupação máxima entres as aproximações de um estágio;
Taxa de ocupação da interseção
\mathrm{Y=Σyi^*}
Onde:
- Y: é taxa de ocupação da interseção;
- yi*: é a taxa máximo para cada estágio.
Tempos de ciclo
Tempo perdido
\mathrm{T_{p}=ΣT_{vermelho,total}+ΣT_{percepção}}
Onde:
- Tp: é o tempo perdido (s);
- Tvermelho,total: é o tempo de vermelho total (s);
- Tpercepção: é o tempo de percepção do condutor (s), que geralmente leva 2s.
Tempo de ciclo
\mathrm{T_{co}=\dfrac{1,5.T_{p}+5}{1-Y}}
Onde:
- Tco: é o tempo de ciclo ótimo (s);
- Tp: é o tempo perdido (s);
- Y: é taxa de ocupação da interseção.
Tempo de verde efetivo
\mathrm{T_{v,ef,i}=yi^*\left(\dfrac{T_{co}-T_{p}}{Y}\right)}
Onde:
- Tv,ef,i: é o tempo de verde efetivo para cada estágio;
- yi*: é a taxa máximo para cada estágio;
- Tco: é o tempo de ciclo ótimo (s);
- Tp: é o tempo perdido (s);
- Y: é taxa de ocupação da interseção.
Tempo de verde real
\mathrm{T_{v,real,i}=T_{v,ef,i}+T_{percepção}-T_{a}}
Onde:
- Tv,real,i: é o tempo de verde real para cada estágio;
- Tv,ef,i: é o tempo de verde efetivo para cada estágio;
- Tpercepção: é o tempo de percepção do condutor (s), que geralmente leva 2s;
- Ta: é o tempo de amarelo (s), é geralmente entre 2 e 3s;
Pois bem, para responder à pergunta levantada no início deste post, você sente que o semáforo demora muito para abrir ou fecha muito rápido provavelmente por duas razões:
O semáforo pode estar mal dimensionado, provocando congestionamento e atrasos. Isso pode ocorrer porque o fluxo da via se intensificou ao longo do tempo e não foram feitos os devidos ajustes no ciclo do semáforo, ficando este incapaz de dar vazão suficiente aos pelotões formados.
A outra razão pode se dever à divisão dos estágios, uma vez que isso influencia diretamente no tempo de ciclo. Por exemplo, em um cruzamento comum, uma conversão à direita (figura abaixo), ou seja, o acréscimo de mais um estágio, pode aumentar sensivelmente o tempo de vermelho perdido no semáforo.
Este problema é mais comum do que parece e ocorre muito nos horários de pico, onde há intensificação do fluxo nas vias.
Exemplo de um ciclo semafórico de três fases.Agora, um exemplo resolvido para solidificar o que foi aprendido até agora.
Exemplo aplicado
Para a interseção apresentada abaixo, determinar:
- As taxas de ocupação para cada aproximação;
- O diagrama de fases.
Dados:
- Ta=3s;
- Tvermelho,total (de 1 para 2)=3s;
- Tvermelho,total (de 2 para 3)=3s;
- Tvermelho,total (de 3 para 1)=5s;
- Tpercepção=3s.
Movimentos | Fluxo de veículos (veículo//h) |
1A | 2400 |
1B | 2200 |
2A | 1250 |
2B | 1000 |
3A | 300 |
3B | 250 |
3C | 250 |
3D | 300 |
RESOLUÇÃO:
Você pode acompanhar a resolução desse exemplo assistindo o vídeo abaixo ou simplesmente acompanhando a leitura do post.
Passo 01: Cálculo do fluxo de saturação
Para calcular o fluxo de saturação de uma aproximação, precisamos apenas conhecer sua largura. Por meio da fórmula abaixo, temos:
s = 525.L
Passo 02: Cálculo da taxa de ocupação da interseção
De posse dos fluxos de cada movimento, o próximo passo será o cálculo da taxa de ocupação. Para isso serão usados os fluxos de saturação, já calculados, e a seguinte fórmula:
\mathrm{yi=\dfrac{qi}{si}}
Vale observar que o fluxo da rua Tulipa é a soma dos fluxos de toda a fase 3, que é igual a 1100 veículo/h.
Após o cálculo da taxa de ocupação, o valor da taxa de ocupação da interseção deverá ser calculado da seguinte fórmula:
\mathrm{Y=Σyi^*}
Portanto:
{Y=0,25+0,16+0,17=0,58}
Passo 03: Cálculo dos tempos de ciclo
\mathrm{T_{p}=ΣT_{vermelho,total}+ΣT_{percepção}}
\mathrm{T_{p}=3+3+5+3.3=20s}
\mathrm{T_{co}=\dfrac{1,5.T_{p}+5}{1-Y}}
\mathrm{T_{co}=\dfrac{1,5.20+5}{1-0,58}=83,333=83s}
\mathrm{T_{v,ef,i}=yi^*\left(\dfrac{T_{co}-T_{p}}{Y}\right)}
\mathrm{T_{v,real,i}=T_{v,ef,i}+T_{percepção}-T_{amarelo}}
Os tempos de verde efetivo e real estão mostrados na tabela abaixo:
Passo 04: Diagrama de intervalos luminosos
Diagrama de intervalos luminosos.Espero que este post tenha lhe ajudado a entender como se programa um semáforos. Se gostou, não deixe de seguir nosso blog e nosso canal no YouTube para receber mais posts como este!
E se ainda ficou com alguma dúvida, assista o vídeo com a resolução desse exemplo, clicando aqui.
Engenheira Civil pela Universidade Federal do Piauí, engenheira de obra, perita judicial e pós-graduanda em Avaliação, Auditoria e Perícias de Engenharia.