C1_Capacitate de circulatie si LOS

Daniela FLOREA

FUNDAMENTE DE TEORIA FLUXURILOR RUTIERE

2009 REPROGRAFIA UNIVERSITĂŢII „TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

Fundamente de teoria fluxurilor rutiere

2

CUPRINS

CUPRINS

CUPRINS ............................................................................................................................... 3 INTRODUCERE .................................................................................................................. 6 Unitatea de învăţare nr. 1.................................................. Error! Bookmark not defined. 1. DETERMINAREA CAPACITĂŢII DE CIRCULAŢIE ŞI NIVELULUI DE SERVICIU ............................................................................................................................. 8 1.1. Introducere ..................................................................................................................... 8 1.2. Capacitatea de circulaţie............................................................................................... 10 1.3. Nivelul de serviciu ....................................................................................................... 14 1.4. Terminologie ................................................................................................................ 16 1.5. Rata maximă a fluxului de serviciu pentru artere cu benzi multiple............................ 17 1.6. Alegerea tipului de intersecţii ...................................................................................... 18 1.7. Caracteristicile intersecţiilor semaforizate ................................................................... 19 1.8. Caracteristicile intersecţiilor nesemaforizate ............................................................... 20 1.9. Canalizarea fluxurilor rutiere ....................................................................................... 21 Test unitatea de învăţare 1................................................... Error! Bookmark not defined.

Unitatea de învăţare nr. 2.................................................. Error! Bookmark not defined. 2. MODELE DE PROGNOZĂ A FLUXURILOR RUTIERE .....Error! Bookmark not defined. Obiective: ........................................................................ Error! Bookmark not defined. 2.1. Principii de bază ale analizei cererii de trafic .............. Error! Bookmark not defined. 2.2. Modelarea cererii de transport...................................... Error! Bookmark not defined. 2.3. Modelul utilizării terenului........................................... Error! Bookmark not defined. 2.4. Generarea călătoriei...................................................... Error! Bookmark not defined. Exemplul 2.1: Calculul ratei călătoriilor ................................. Error! Bookmark not defined. Exemplul 2.2: Calculul ratei călătoriilor ............................. Error! Bookmark not defined. 2.5. Distribuţia călătoriei..................................................... Error! Bookmark not defined. 2.6. Modelul gravitaţional ................................................... Error! Bookmark not defined.

Unitatea de învăţare nr. 3.................................................. Error! Bookmark not defined. 3. ELEMENTE DE BAZĂ ALE ANALIZEI FLUXURILOR RUTIERE...Error! Bookmark not defined. 3.1. Introducere ................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2. Viteza, tăria şi densitatea fluxului rutier ...................... Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Corelaţia viteză - densitate ........................................ Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Corelaţia tărie-densitate............................................. Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Corelaţia tărie - viteză ............................................... Error! Bookmark not defined. Aplicaţie .......................................................................... Error! Bookmark not defined. Test unitatea de învăţare 3................................................... Error! Bookmark not defined.

Unitatea de învăţare nr. 4.................................................. Error! Bookmark not defined. 3


4. PRINCIPII DE PROIECTARE A INTERSECŢIILOR ÎN REŢEAUA URBANĂ DE TRANSPORT ......................................... Error! Bookmark not defined. 4.1. Introducere ................................................................... Error! Bookmark not defined. 4.2. Principii de proiectare a intersecţiilor .......................... Error! Bookmark not defined. 4.2.1. Factori ce influenţează proiectarea intersecţiilor .. Error! Bookmark not defined. 4.2.2. Tipuri de mişcări şi conflicte ale fluxurilor rutiere Error! Bookmark not defined. 4.2.2. Soluţii pentru diminuarea punctelor de conflict vehicul-vehicul şi vehicul pieton ......................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Unitatea de învăţare nr. 5.................................................. Error! Bookmark not defined. 5. METODE DE PROIECTARE A INTERSECŢIILOR NESEMAFORIZATE ................................................................................................. Error! Bookmark not defined. 5.1. Reglementarea circulaţiei în intersecţiile stradale........ Error! Bookmark not defined. 5.2. Controlul circulaţiei în intersecţiile nesemaforizate..... Error! Bookmark not defined. 5.2.1.Intersecţii cu două semne de stop........................... Error! Bookmark not defined. 5.2.2. Toate intrările au stop la intersecţie ...................... Error! Bookmark not defined. 5.3. Tipuri de distanţe de vizibilitate................................... Error! Bookmark not defined. 5.3.1. Distanţa de vizibilitate în intersecţii...................... Error! Bookmark not defined. 5.3.2. Distanţa de vizibilitate la oprirea vehiculului ....... Error! Bookmark not defined. 5.3.3. Distanţa de vizibilitate la depăşire ........................ Error! Bookmark not defined.

Unitatea de învăţare nr. 6.................................................. Error! Bookmark not defined. 6. METODE DE PROIECTARE A INTERSECŢIILOR SEMAFORIZATE ................................................................................................. Error! Bookmark not defined. 6.1. Introducere ................................................................... Error! Bookmark not defined. 6.2. Proiectarea geometrică a intersecţiilor semaforizate.... Error! Bookmark not defined. 6.3. Proiectarea programelui de semaforizare prin metoda punctelor de conflict........Error! Bookmark not defined. 6.3.1. Timpii de funcţionare a semafoarelor ................... Error! Bookmark not defined. 6.3.2. Fazele de funcţionare ale instalaţiei de semaforizare........... Error! Bookmark not defined. Aplicaţie .............................................................................. Error! Bookmark not defined. 6.3.3. Ciclul de funcţionare al semafoarelor ................... Error! Bookmark not defined. 6.3.4. Calculul timpilor de verde..................................... Error! Bookmark not defined. 6.4. Metoda Greenshields.................................................... Error! Bookmark not defined. 6.5. Metoda Korte................................................................ Error! Bookmark not defined. 6.6. Metoda Webster ........................................................... Error! Bookmark not defined. 6.7. Metoda Le Cocq ........................................................... Error! Bookmark not defined.

Unitatea de învăţare nr. 7.................................................. Error! Bookmark not defined. 7. PROGRESIA MIŞCĂRII ÎN REŢEAUA RUTIERĂ URBANĂ ..............Error! Bookmark not defined. 7.1. Introducere ................................................................... Error! Bookmark not defined. 7.2. Coordonarea mişcării cu semnale prestabilite.............. Error! Bookmark not defined. 7.2.1. Sistem simultan ..................................................... Error! Bookmark not defined. 7.2.2. Sistem alternant ..................................................... Error! Bookmark not defined. 7.2.3. Sistemul progresiv................................................. Error! Bookmark not defined.

4

CUPRINS

7.2.4. Coordonarea unei reţele de străzi .......................... Error! Bookmark not defined. Test unitatea de învăţare 7................................................... Error! Bookmark not defined. BIBLIOGRAFIE ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

5


INTRODUCERE Materialul este elaborat astfel încât să fie un ghid util studenţilor care urmează cursul de „Fundamente de teoria fluxurilor rutiere”. Conţinutul informaţional selectat scoate în evidenţă aplicaţiile practice ale ingineriei de trafic rutier. Scopul principal este acela de a prezenta conceptele fundamentale, modelele, interacţiunile dintre elementele sistemului rutier şi de a reliefa aplicaţiile lor practice. Prezentarea este făcută atât sub aspect calitativ cât şi cantitativ. La sfârşitul fiecărui capitol sunt prezentate modele de aplicaţii ale noţiunilor prezentate în fiecare unitate de învăţare şi sunt prezentate obiectivele activităţilor de evaluare implementate pe platforma electronică depozitară a resurselor suplimentare de documentare. Obiectivele cursului urmăresc: •

Să aplicaţi cunoştinţele matematice şi ştiinţifice pentru a rezolva probleme ale ingineriei autovehiculelor, transporturilor, ale interacţiunii cu mediul şi siguranţei rutiere.

•

Să înţelegeţi modul în care alte discipline sunt în corelaţie cu acest domeniu: să conştientizaţi natura interdisciplinară a problematicilor de rezolvat.

•

Să identificaţi, să formulaţi şi să rezolvaţi probleme ale ingineriei transporturilor şi autovehiculelor în interacţiune cu mediul înconjurător şi siguranţa rutieră.

•

Să proiectaţi şi să organizaţi (conduceţi) experimente pentru colectarea, prelucrarea şi interpretarea datelor experimentale.

•

Să proiecteze un sistem, componentă sau proces din domeniul ingineriei autovehiculelor şi transporturilor pentru a răspunde unor cerinţe specifice.

•

Să demonstraţi abilităţi în folosirea instrumentelor moderne ale ingineriei şi să le aplicaţi.

•

Să colaboraţi şi să comunicaţi în cadrul echipelor multidisciplinare. Să comunicaţi efectiv atât în scris cât şi vorbit fiind capabili să concepeţi un enunţ ştiinţific. Să demonstraţi înţelegerea aspectelor globale şi sociale ce decurg din aspectele pluridisciplinare ale domeniului.

După ce veţi studia conţinutul propus în materialul de faţă, veţi avea o serie de cunoştinţe pe care le puteţi verifica rezolvând testele implementate pe platforma e-learning. În timpul studiului, vă puteţi ghida după obiectivele propuse de autoarea cursului. Obiectivele sunt enunţurile prin care se specifică ceea ce trebuie să ştiţi!!! În speranţa că materialul vă va fi de folos, vă urăm succes în parcurgerea acestuia!

6

INTRODUCERE

Teste de verificare a cunoştinţelor Principalele obiective ale testelor de verificare sunt: a) vă oferă un feedback al progresului realizat în dobândirea de cunoştinţe şi deprinderi, b) vă ajută la corectarea propriilor greşeli, c) constituie un factor care vă motivează continuarea studiilor, d) vă evaluează realizările individuale din perspectiva asigurării unui sprijin individualizat. Testele aferente unităţilor de învăţare care sunt implementate pe platforma e-learning evaluează nivelul de formare a competenţelor vizate.

7


Curs 1-2 1. DETERMINAREA CAPACITĂŢII DE CIRCULAŢIE ŞI NIVELULUI DE SERVICIU Cuprins unitate de învăţare nr.1

1. DETERMINAREA CAPACITĂŢII DE CIRCULAŢIE ŞI NIVELULUI DE SERVICIU ............................................................................................................................. 8 1.1. Introducere ..................................................................................................................... 8 1.2. Capacitatea de circulaţie............................................................................................... 10 1.3. Nivelul de serviciu ....................................................................................................... 14 1.4. Terminologie ................................................................................................................ 16 1.5. Rata maximă a fluxului de serviciu pentru artere cu benzi multiple............................ 17 1.6. Alegerea tipului de intersecţii ...................................................................................... 18 1.7. Caracteristicile intersecţiilor semaforizate ................................................................... 19 1.8. Caracteristicile intersecţiilor nesemaforizate ............................................................... 20 1.9. Canalizarea fluxurilor rutiere ....................................................................................... 21 Test unitatea de învăţare 1................................................... Error! Bookmark not defined. Obiective La sfârşitul acestei unităţi de învăţare vei fi capabil: - să înţelegi conţinutul conceptului de “capacitate de circulaţie” - să înţelegi semnificaţia noţiunii de „nivel de serviciu” - să analizezi volumele de trafic din perspectiva variaţiei acestora în timp - să aplici în problemele reale teoria învăţată în analiza circulaţiei în mediul urban - să găseşti soluţii situaţiilor problemă din traficul real

Durata medie de studiu individual - 4 ore

1.1. Introducere Capacitatea unei amenajări rutiere reprezintă volumul orar maxim de persoane sau vehicule care traversează un punct sau o secţiune uniformă a unei benzi de circulaţie pe durata unei perioade de timp date în anumite condiţii de drum, trafic şi control. [1] 8

CURS 1-2

Capacitatea de vehicule este numărul maxim de vehicule care traversează un punct într-o perioadă de timp specificată în condiţii existente. Aceasta presupune că nu există nici o influenţă a operării traficului în secţiunea anterioară. Capacitatea de persoane reprezintă numărul maxim de persoane care traversează un anumit punct într-o perioada specificată în condiţii existente. Capacitatea de persoane este folosită pentru evaluarea serviciului de transport public, benzilor dedicate vehiculelor cu grad mare de ocupare şi a amenajărilor pentru pietoni. Întrucât condiţiile de drum, trafic şi control definesc capacitatea, acestea ar trebui să fie uniforme pentru fiecare secţiune sau amenajare analizată. Fiecare schimbare a condiţiilor se reflectă în schimbarea capacităţii amenajării rutiere. Analiza capacităţii examinează segmente de drum sau puncte (precum intersecţiile semaforizate) ale amenajării rutiere în condiţii existente, astfel încât pentru segmente cu condiţii diferite vor rezulta capacităţi de circulaţie diferite. Estimarea corectă reprezintă baza pentru definirea capacităţii de circulaţie. În consecinţă, capacitatea pentru o amenajare reprezintă o rată de descărcare a fluxului ce poate fi atinsă în mod repetat în perioadele de vârf ale unei cereri suficient de mari. Capacitatea nu reprezintă valoarea maximă absolută a fluxului observat. Caracteristicile conducătorilor auto diferă de la o regiune la alta şi astfel valoarea maximă absolută a fluxului poate fi diferită de la oră la oră şi de la un loc la altul. Capacitatea de circulaţie se poate măsura în persoane/oră, autoturisme /oră, vehicule/oră în funcţie de tipul de amenajare sau de tipul de analiză. Conceptul fluxului de persoane este important în luarea deciziilor strategice legate de modurile de transport folosite pe arterele importante ( de exemplu, autostrăzi, circulaţie urbană) şi definirea rolului introducerii benzilor dedicate transportului public sau vehiculelor cu grad mare de ocupare. În ingineria de transport [1] cererea de trafic este o măsură principală a „cantităţii de vehicule” care folosesc o anumită amenajare. Cererea de trafic este o mărime legată de numărul vehiculelor care sosesc, iar volumul este o mărime legată de rata de descărcare a fluxului. Dacă nu există cozi, cererea este egală cu volumul de trafic într-un anumit punct. În general, noţiunea de volum este folosită în condiţiile de operare sub limita capacităţii. Capacitatea de circulaţie poate fi prezentată prin două abordări. Prima abordare numită „nivel de serviciu” – „level of service” - LOS implică stabilirea, din perspectiva utilizatorului drumului, a calităţii serviciului oferit de un drum pentru o anumită valoare a ratei fluxului rutier pe o bandă de circulaţie. Metodologia este folosită cu 9


preponderenţă în Statele Unite ale Americii şi în ţările care au adoptat literatura de specialitate americană. Cea de-a doua metodologie utilizată în Marea Britanie pune pe prim plan capacitatea efectivă a drumurilor de diferite categorii şi lăţimi de a permite operarea diferitelor tipuri de trafic. În cadrul acestui model se realizează o evaluare economică pentru a stabili caracteristicile infrastructurii rutiere în raport cu valorilor fluxurilor rutiere şi a determina valorile maxime volumelor de trafic care pot fi suportate de o anumită amenajare rutieră. 1.2. Capacitatea de circulaţie Caracteristicile de operare ale intersecţiilor pot fi estimate şi evaluate cu ajutorul analizei capacităţii de circulaţie şi a performanţelor. Pentru funcţionarea satisfăcătoare, o intersecţie trebuie să răspundă cererii de trafic la orele de vârf. Tabelul 1.1.: Factori care afectează capacitatea de circulaţie şi modul de operare Categoria

Capacitatea/Elemente de proiectare • •

Curbura drumului Supraînălţarea drumului

Profilul vertical

• • •

Înclinarea drumului (declivităţi) Lungimea declivităţii Curbe verticale o Concave o Convexe

Profilul transversal

• • •

Numărul de benzi Lăţimea benzilor Platforma drumului o Tipul şi lăţimea acostamentului o Tipul şi lăţimea elementelor de separare

• • •

Frecvenţa pasajelor Rampe şi joncţiuni Secţiuni de împletire a fluxurilor

Aliniamentul (profilul) orizontal

Altele

Analiza capacităţii de circulaţie, Q se bazează pe caracteristicile operaţionale ale vehiculelor ce efectuează mişcări, posibil conflictuale, separate în timp de dispozitive de control al traficului. Un rol important în analiza capacităţii de circulaţie îl are determinarea fluxului de saturaţie. Fluxul de saturaţie descrie modul în care conducătorii auto eliberează intersecţia, el fiind esenţial în stabilirea nivelului de serviciu şi reprezintă numărul maxim de vehicule care pot fi

10

CURS 1-2

servite într-o oră, prin afişarea continuă a semnalului de verde şi o curgere continuă a vehiculelor. Se exprimă în vehicule etalon/oră de timp de verde. Pentru analiza capacităţii de circulaţie în intersecţie, se poate adopta pentru început un flux de saturaţie So, considerat în mod frecvent, de 1800 Vt/h pentru o singură bandă de circulaţie, luând în calcul un interval temporal între vehicule de 2 secunde. Aceasta este valoarea ideală căci, pentru stabilirea valorii reale trebuie luate în considerare şi caracteristicile drumului, şi condiţiile de mediu, astfel: S = S0 ⋅ N ⋅ C1 ⋅ C 2 ⋅ C 3 ⋅ C 4 ⋅ C5 ⋅ C6 ⋅ C7 ⋅ C8 ,

(1.1)

unde, coeficienţii au următoarea semnificaţie: N - numărul benzilor de circulaţie; C1 - coeficient ce ţine cont de lăţimea benzii de circulaţie; lăţimea cea mai confortabilă (normală) corespunde valorii 1,00 a coeficientului, pentru care se obţine valoarea maximă a fluxului; coeficientul C1 ia valori între 0,87 - 1,10 pentru lăţimi cuprinse între 2,5 m - 4,5 m; C2- coeficient ce ţine cont de greutatea vehiculului; autovehiculele grele au acceleraţie scăzută, deci au tendinţa de a reduce probabilitatea de descărcare a intersecţiei deoarece se creează intervale de timp mari între autovehicule şi fluxul scade. Coeficientul C2 ia valori între 1,00 - 0,87 pentru autovehiculele grele a căror pondere este între 0% şi respectiv, 30%; C3 - coeficient ce ţine seama de înclinarea drumului; panta produce o scădere a acceleraţiei, deci intervalele de timp dintre autovehicule cresc şi fluxul scade; în cazul rampelor situaţia este inversă, C3 este cuprins între 0,97 -1,03 pentru declivităţi cuprinse între +6% şi -6%. C4 - coeficient ce ţine cont de locurile de parcare; parcările alăturate unei intersecţii au tendinţa de a interfera cu fluxurile de trafic, deci manevrele de parcare întrerup descărcarea normală; reducerea numărului benzilor de serviciu măresc impactul parcării; pentru o singură bandă acest coeficient este de 1,0 - 0,7 pentru parcări cu 0 - 40 parcări/oră; coeficientul are valori mai mici pentru intrări cu 2 sau mai multe benzi; C5 - coeficient ce ţine cont de autobuzele blocate; transportul în comun care prezintă staţii apropiate de intersecţii generează scăderea fluxului de saturaţie; o bandă poate fi temporar blocată pe durata verdelui, sau viteza va scădea în apropierea mijloacelor de transport oprite, deci valoarea fluxului va scădea; pentru intrări cu o singura bandă acest coeficient ia valori între 1,00 - 0,83 pentru un număr de 0 - 40 autobuze/h, fiind mai mic pentru mai multe benzi de circulaţie;

11


C6 - coeficient ce ţine cont de tipul intersecţiei; se recomandă valori ale fuxului critic So = 1600 Vt/h pentru oraşe mici, So = 2000 Vt/h pentru intersecţii foarte mari dar având o proiectare foarte bună; C7, C8 - coeficienţi ce ţin cont de mişcarea de virare (la stânga şi la dreapta); virarea are adesea conflicte cu traficul de traversare şi/sau pietonii, ca rezultat fluxul de saturaţie trebuie să fie mai scăzut decât în cazul mişcării înainte; tipul de mişcare - la dreapta sau la stânga procesul de servire - protejare, permisiunile sau combinaţiile celor două - volumele de trafic opus şi numărul pietonilor trebuie introduse ca elemente de intrare pentru estimarea acestor coeficienţi; valorile lor sunt cuprinse între 0,95 - 0,25; analiza virărilor are foarte mult în comun cu mişcările din intersecţii. O imagine completă asupra influenţei acestor factori poate fi realizată pe baza rezultatelor cercetărilor prezentate în documentul Highway Capacity Manual 2000. Ajustarea volumelor de trafic şi ca urmare, traficul de saturaţie, se face corespunzător fiecărui grup de benzi, astfel:

Qi = S i

Tv i , C

(1.2)

unde: Qi - capacitatea unui grup de benzi i, Vt/bandă; Si - fluxul de saturaţie calculat pentru grupul i; Tvi - timpul de verde alocat fazei i; C - lungimea ciclului, s. Gradul de saturaţie este estimat astfel:

Xi =

Vi , Qi

(1.3)

unde: Xi - gradul de saturaţie al grupului de benzi i; Vi - volumul orei de vârf pentru grupul i; Pentru a stabilirii gradul de saturaţie pentru întreaga intersecţie, trebuie identificate mişcările critice pentru fiecare fază. Dacă într-o fază este servit mai mult decât un grup de fluxuri, este considerat critic, grupul de benzi cu cea mai mare raţie a fluxului (V/S)i. Procesul alegerii mişcării critice este identic cu cel pentru calculul duratei ciclului. Gradul de saturaţie critic, Xc, pentru întreaga intersecţie este estimat cu relaţia:

C ⎛V ⎞ Xc = ∑⎜ ⎟ , ⎝ S ⎠ crt C − L

(1.4)

12

CURS 1-2

unde, L este timpul total pierdut pe durata unui ciclu, egal cu suma timpilor galben şi roşu simultan. Coeficientul Xc este folosit în particular în intersecţiile cu benzi suprasaturate. De exemplu, un grup de benzi poate avea coeficientul Xi = 1,04, ceea ce presupune o capacitate excedentară de 4%. Dacă Xc < 1,00, rezultă că benzile nu sunt folosite pentru întreaga lor capacitate. Astfel că, Xc, furnizează informaţii asupra gradului de utilizare a intersecţiei, înainte de a fi luate măsuri extreme, ca de exemplu, reproiectarea intersecţiei, cu străzi mai largi, redirecţionarea curenţilor de trafic şi altele. Ultimul pas în analiza capacităţii de circulaţie este evaluarea performanţelor, bazată pe întârzierea medie a tuturor vehiculelor utilizând aceste facilităţi. Întârzierea totală a unei călătorii are două componente, una pe parcurs, iar cealaltă la linia de stop. Întârzierea pe parcurs pentru un vehicul individual este diferenţa între momentul când a sosit şi momentul când ar fi trebuit să sosească deplasându-se continuu. Întârzierea la stop pentru un vehicul singular este timpul pierdut stând, posibil la coadă, într-o intersecţie semaforizată. O valoare obişnuită se consideră cea de 5 min/h/vehicul. Şi în acest caz sunt estimate două componente pentru fiecare grup de benzi: d1 întârzierea uniformă şi d2 - întârzierea excedentară. Prima componentă prezintă o sosire uniformă, în timp ce a doua, o sosire aleatoare. Ele pot fi descrise de relaţiile (1.5) şi (1.6). Întârzierea totală pentru fiecare grup de benzi de circulaţie se determină cu relaţia: ⎛ Tv ⎞ ⎜1 − ⎟ C⎠ d1 = 0 ,38 ⋅ C ⎝ T 1− v X C ⎧ d 2 = 173 ⋅ X 2 ⎨ X − 1 + ⎩

(1.5)

⎫

( X − 1)2 + 16 X ⎬ c ⎭

(1.6)

Întârzierea totală pentru fiecare grup de linii se determină cu relaţia: d = f p (d1i + d 2 i )

(1.7)

unde: d = întârzierea totală; fp= factorul de progresie pentru grupul de benzi i. Factorul de progresie ia în considerare sosirea vehiculelor în raport cu indicaţia semaforului. Dacă cele mai multe sosiri au loc în timp ce este afişat semnalul roşu pentru grupul de benzi analizat (o fază), progresia se numeşte progresie săracă, iar întârzierile tind

13


să fie mai mari decât media (fp> 1,0). Sosirile aleatoare au loc pentru fp = 1,0 când sunt întrunite condiţiile mediei. Când majoritatea sosirilor au loc în timp ce este afişat semnalul de verde, progresia este bună, întârzierile tind să fie mai mici decât media (fp < 1,0). Performanţele inegale de-a lungul intrărilor, date de diferitele faze, indică faptul că timpul de verde nu este alocat corect. Analizarea performanţelor reţelelor de străzi semaforizate este o problemă foarte importantă căreia ingineria de trafic trebuie să îi acorde atenţia cuvenită. 1.3. Nivelul de serviciu Calitatea serviciului necesită măsuri cantitative pentru a caracteriza condiţiile operaţionale din interiorul fluxului de trafic. Nivelul de serviciu descrie într-o manieră calitativă condiţiile de operare a traficului, din punctul de vedere al utilizatorilor drumului, în general exprimat în termeni ai vitezei şi timpului de deplasare, libertatea de manevră, întreruperi ale traficului, confort şi comoditate. Highway Capacity Manual a introdus şase niveluri de serviciu, notate cu litere de la A (cel mai favorabil) la F (cel mai nefavorabil). Nivelul A: caracterizează condiţiile fluxului liber, în care fluxul rutier este virtual zero. Numai caracteristicile geometrice ale arterei rutiere limitează viteza autovehiculului, deci utilizatori individuali, virtual neafectaţi de prezenţa altor vehicule din trafic. Confortul şi nivelul de încredere ale utilizatorilor drumului sunt ridicate întrucât vehiculele au libertate deplină de manevră. Nivelul B: caracterizează fluxurile stabile cu un grad înalt de libertate în a alege viteza şi condiţiile de operare care influenţează puţin pe ceilalţi participanţi la trafic. Confortul şi nivelul de încredere ale utilizatorilor drumului sunt încă ridicate întrucât libertatea de manevră a vehiculelor s-a redus nesemnificativ. Nivelul C: caracterizează fluxurile cu restricţii care rămân stabile, dar care interacţionează cu alţi participanţi din fluxul de trafic. Fluxurile sunt la un nivel la care creşteri mici vor cauza o reducere considerabilă a performanţelor serviciului arterei rutiere. Nivelul general de confort şi siguranţă scad considerabil datorită introducerii de restricţii ale abilităţii de manevrare şi atenţie sporită la schimbarea benzii de circulaţie. Dacă incidentele minore pot fi încă „absorbite”, cele majore vor avea ca rezultat formarea cozilor. Viteza aleasă de un conducător auto poate fi influenţată considerabil de vitezele celorlalte vehicule. Nivelul D: caracterizează fluxul de densitate mare în care viteza şi manevrabilitatea sunt restricţionate sever, iar confortul şi siguranţa au un nivel scăzut chiar dacă fluxul rămâne

14

CURS 1-2

stabil. Creşteri mici ale valorilor fluxurilor vor produce dificultăţi în operarea drumului. Apar restricţii severe de manevrare a vehiculelor. Nivelul E: caracterizează fluxul instabil la, sau lângă, limita capacităţii, cu cel mai scăzut nivel al confortului şi siguranţei. Condiţiile fluxului rutier sunt sever restricţionate, iar un accident poate cauza cozi excesive sau chiar blocarea circulaţiei.

Figura 1.1. Evidenţierea nivelului serviciului în diagrama fundamentală a traficului rutier.

Nivelul F: corespunde traficului condiţionat în care numărul vehiculelor, care sosesc întrun punct, depăşeşte posibilităţile de servire şi deci, se creează condiţiile formării cozilor (ambuteiajelor), cu un nivel scăzut al confortului şi creşte riscul de accidente. Condiţiile de operare sunt caracterizate de regimul „pornit-oprit”. Creşterea numărului de vehicule, care pot fi servite în condiţiile traficului condiţionat (stop-and-go) al nivelului F, este în general acceptat ca fiind mai mic decât în cazul nivelului E; în consecinţă, rata fluxului pentru nivelul de serviciu E este valoarea care corespunde fluxului maxim sau capacităţii de circulaţie. Pentru o proiectare eficientă se recomandă nivelurile D, C şi E chiar dacă ele asigură pentru utilizatori un nivel mai scăzut al serviciului. În figura 1.2, la nivelul de serviciu A viteza este la valoarea maximă, în timp ce pentru nivelul de serviciu D şi E fluxul se apropie de valoarea maximă cu viteza aproximativ 50% din valoarea maximă, iar raportul Volum/Capacitate atinge valoarea 1. Nivelul de serviciu F arată descreşterea bruscă a vitezei de circulaţie până la limita blocajului. 15


Figura 1.2. Nivelul de serviciu în funcţie de relaţia dintre V/Q.

Nivelul general de serviciu se bazează pe concepte şi termeni uşor de înţeles, dar dificil de exprimat valoric. Realizarea unui grad de comparare între categoriile de trafic şi metodele standard de măsurare a impus ca termen specific ingineriei de trafic, densitatea traficului, ca indice primar de evaluare a nivelului serviciului pentru fiecare categorie de trafic. 1.4. Terminologie Pentru a determina nivelul de serviciu al unei artere rutiere este importantă înţelegerea unor noţiuni de bază. Volumul orar, V: Numărul total de vehicule care trec printr-o secţiune a unei benzi de circulaţie sau a drumului pe durata unui interval de timp; volumele pot fi exprimate în perioade anuale, zilnice orare sau mai mici decât o oră. Rata fluxului – este rata orară echivalentă cu care vehiculele traversează o secţiune a unei benzi de circulaţie sau a drumului pe durata unei perioade de timp mai mici decât o oră, de preferat 15 minute. Volumul de trafic şi tăria sau debitul traficului sunt variabile care cuantifică cererea, adică numărul de ocupanţi sau conducători auto (de obicei asociaţi numărului de vehicule) care doresc să folosească o amenajare pe durata unui intervale de timp. Congestia traficului poate influenţa cererea şi, volumele observate reflectă restricţiile de capacitate mai mult decât cererea reală. Distincţia dintre volum şi tărie este importantă. Se înregistrează volumele de-a lungul a 4 intervale de 15 minute consecutive (o oră) şi rezultă următoarele valori: 1000, 1200, 1100 şi 1000 vehicule. Volumul total înregistrat este de 4300 vehicule. Se observă variaţia tăriei înregistrate pentru fiecare dintre sferturile de oră. Considerând valoarea maximă adică 1200 vehicule, rezultă un flux maxim într-o oră numit flux de serviciu. Fluxul de serviciu, Vs: reprezintă rata orară maximă cu care este traversat un punct sau o secţiune uniformă a benzii de circulaţie sau a drumului. Volumul maxim pentru 15 16

CURS 1-2

minute, înregistrat într-o oră de măsurare, multiplicat de 4 ori. Vs = 4 ⋅V15 min

(1.8)

VS= 4x1200 = 4800 vehicule Se poate constata că dacă pentru o capacitate de 4500 vehicule/oră volumul de trafic este mai mic, capacitatea de circulaţie pe durata unei ore poate fi depăşită când vehiculele trec cu o rată de 4 800 vehicule/oră. Aceasta este o problemă foarte serioasă deoarece disiparea excedentului de capacitate poate extinde congestia pentru mai multe ore. Factorul orei de vârf, F: Raportul dintre volumul total înregistrat într-o oră de măsurare şi volumul maxim pentru 15 minute înregistrat într-o oră de măsurare multiplicat de 4 ori. F=

V 4 ⋅ V(15 min )max

≤1

(1.9)

Când se cunoaşte factorul orei de vârf se poate converti volumul orei de vârf în fluxul de serviciu: VS =

V F

(1.10) 1.5. Rata maximă a fluxului de serviciu pentru artere cu benzi multiple În Highway Capacity Manual [1] sunt oferite valorile maxime ale fluxului de serviciu ce se pot obţine pe o arteră cu benzi multiple în anumite condiţii de limitare a vitezei de circulaţie şi niveluri de serviciu. Valorile presupun existenţa condiţii ideale, de exemplu lăţimea standard a benzii de circulaţie de 3,6 m şi nu există obstacole pe banda de circulaţie (de ex. vehicule parcate), nu există vehicule grele, autobuze sau alte vehicule speciale pe drum, conducătorii auto sunt experimentaţi, iar drumul este divizat prin bariere fizice. În aceste ipoteze, fluxul de serviciu maxim VSmax poate fi definit cu relaţia:

⎛V ⎞ VSmax = Q j ⋅ ⎜ ⎟ ⋅ N . ⎝ Q ⎠i

(1.11)

N – numărul benzilor de circulaţie pentru fiecare direcţie de deplasare Qj – capacitatea pentru o bandă de circulaţie standard pentru o viteză de deplasare vj. Tabelul 1.2: Valorile Qj pentru diferite viteze de proiectare [1]

Qj (Vt/h)

70 2000

Viteza de proiectare, km/h 60 2000

50 1900

Valorile maxime ale raportului Volum/Capacitate pentru fiecare nivel de serviciu şi limite ale vitezei de proiectare sunt prezentate în Tabelul 1.3.

17

Fundamente de teoria fluxurilor rutiere Tabelul 1.3: Valorile raportului V/C pentru diferite viteze de proiectare şi niveluri de serviciu [1]

Nivel de serviciu A B C D E F

V/C (C70) 0,36 0,54 0,71 0,87 1,0 Variabil

V/C (C60) 0,33 0,50 0,65 0,80 1,0 Variabil

V/C (C50) 0,45 0,60 0,76 1,00 Variabil

1.6. Alegerea tipului de intersecţii Se realizează în funcţie de încadrarea în teritoriu (contextul proiectării), intersecţiile putând varia în funcţie de scop, profil, grad de canalizare şi măsuri de control al traficului. Cei mai importanţi factori ce pot fi luaţi în considerare pentru alegerea unui anumit tip de intersecţie sunt: •

Costurile de construcţie;

•

Tipul zonei;

•

Gradul de utilizare a terenului şi terenul disponibil;

•

Clasa funcţională a drumurilor care se intersectează;

•

Vitezele de acces;

•

Ponderea traficului pe fiecare bandă de circulaţie;

•

Volumele de trafic ce urmează a fi deservite de amenajarea intersecţiei.

Dacă alături de aceşti factori sunt luate în considerare cerinţele pentru alegerea dispozitivelor de control al traficului, se poate determina soluţia optimă pentru tipul de intersecţie. În acest caz, costurile şi capacitatea de circulaţie sunt factori critici. Studiile demonstrează că, în mod normal, trebuie alese intersecţiile care furnizează nivelul de serviciu cerut la cele mai mici costuri. Tabelul 1.4: Volumele maxime de trafic Tip drum Arteră principală Arteră secundară

Volumul de proiectare 1000 250

500 500

1500 100

În tabelul 1.4. sunt prezentate volumele de trafic suportate de arterele având câte două benzi de circulaţie, ce compun o intersecţie. Nu trebuie uitat faptul că de alegerea tipului intersecţiei depinde siguranţa circulaţiei în zonă. Pe plan mondial, s-a demonstrat că ponderea cea mai mare o accidentelor este în intersecţii, în mediul urban producându-se mai mult de 50% dintre accidente, în timp ce în mediul rural aproximativ 30%. Numărul accidentelor este

18

CURS 1-2

proporţional cu volumul şi distribuţia traficului pe cele două artere, principală şi secundară ce compun o intersecţie. Intersecţiile în sens giratoriu prezintă o siguranţă considerabil mai mare în raport cu toate celelalte tipuri de intersecţii, la nivel sau denivelate. De asemenea, o vizibilitate scăzută poate genera un număr mare de accidente. Ca soluţie, canalizarea fluxurilor poate fi, în general benefică, dar prezenţa insulelor cu borduri poate fi periculoasă. Pericolul într-o intersecţie poate creşte, de asemenea, dacă vitezele de acces în intersecţie cresc. 1.7. Caracteristicile intersecţiilor semaforizate Valoarea ideală a fluxului care ar putea să treacă printr-o intersecţie este cunoscută ca rata fluxului de saturaţie per oră de timp de verde. Valoarea timpului de percepţie-reacţie iniţial, acceleraţia vehiculului şi comportamentul vehiculelor care se urmăresc reprezintă factorii care influenţează valoarea fluxului de saturaţie. Pentru o bună înţelegere este nevoie să fie explicate câteva noţiuni de bază privind proiectarea intersecţiilor semaforizate. În cadrul instalaţiilor de semaforizare, semnalele de trafic alocă timpii după o succesiune bine determinată – fazele de semaforizare – în interiorul ciclului de semaforizare, într-o varietate de moduri, de la modul presetat sau prestabilit cu două sau mai multe faze, la cel semiactualizat şi cel actualizat. Modul de operare cu ajutorul semnalelor de trafic poate fi descris cu ajutorul următorilor termeni: Ciclu de semaforizare, C – orice secvenţă completă a indicaţiei semnalului sau intervalul de timp de la începutul unui timp de verde pentru o fază până la începutul timpului de verde pe faza următoare; Faza de semaforizare – o parte a ciclului alocată unei mişcări sau unei combinaţii a mişcărilor de trafic permise simultan, pentru care nu se produc puncte de conflict esenţiale (conflicte între vehicule şi vehicule) sau dacă se produc acestea sunt neesenţiale (conflicte între vehicule şi pietoni); Timpul intermediar sau inter-verde, Ti – destinat evacuării intersecţiei şi reprezintă intervalul de timp de la sfârşitul semnalului de verde pe o fază şi începutul semnalului de verde pe faza următoare, exprimate în secunde; Timpul de verde, Tv – intervalul de timp dintr-o fază de semaforizare, în care este afişată indicaţia verde şi indică permisiunea de trecere prin intersecţie; Timpul pierdut, Tp – timpul în care intersecţia nu este folosită efectiv, care apare la afişarea semnalului de galben/roşu simultan (când intersecţia este eliberată) şi la începutul fiecărei faze când primele câteva vehicule întârzie la plecare; Timpul de verde efectiv, Tvef – timpul disponibil efectiv unei mişcări, este determinat, în general, ca suma dintre timpul de verde şi timpul de galben din care se scade timpul pierdut pentru mişcarea desemnată; Timpul de roşu efectiv, Tref – timpul în care o mişcare sau o combinaţie de mişcări au interdicţia de a se deplasa prin intersecţie şi reprezintă diferenţa dintre lungimea ciclului de semaforizare, C, şi timpul de verde efectiv; 19


Raportul de verde efectiv Tvef/C – raportul dintre timpul de verde efectiv şi lungimea ciclului. 1.8. Caracteristicile intersecţiilor nesemaforizate Capacitatea arterei principale din intersecţiile controlate cu STOP şi CEDEAZĂ TRECEREA nu este afectată de existenţa intersecţiei. În schimb, capacitatea arterei secundare este dependentă de distribuţia intervalelor de timp suficient de mari dintre vehiculele fluxului principal şi de intervalul admisibil pentru traficul secundar. Acesta din urmă depinde de timpul de reacţie/răspuns al conducătorului auto, accelerarea şi lungimea vehiculului, dar nu depinde de viteza de apropiere a vehiculului de drumul principal. Factori care influenţează capacitatea de circulaţie a unei intersecţii nesemaforizate sunt: •

Viteza de operare pe drumul principal;

•

Distanţa de vizibilitate în intersecţie;

•

Raza de virare în intersecţie, figura 1.3 şi figura 1.4;

•

Amplasamentul intersecţiei şi numărul de benzi de circulaţie;

•

Tipul zonei;

•

Ponderea vehiculelor grele.

20

CURS 1-2 Figura 1.3: Raze de virare simultană în interiorul unei intersecţii cu două benzi de virare la stânga

Figura 1.4: Reorganizarea intersecţiei prin lărgirea acceselor şi creşterea razelor de viraj

Factorii critici sunt reprezentaţi de distanţa de vizibilitate în intersecţie şi de numărul şi distribuţia benzilor de circulaţie. Metodologia de proiectare a intersecţiilor nesemaforizate este prezentată detaliat în lucrarea [1]. 1.9. Canalizarea fluxurilor rutiere Scopul canalizării fluxurilor de trafic este îndreptat spre obţinerea unei operări mai sigure şi eficiente a intersecţiei. Printre obiectivele unei proiectări adecvate a unei intersecţii pot fi enumerate: •

Reducerea numărului punctelor de potenţial conflict la numărul minim ce corespunde unei funcţionări eficiente;

•

Reducerea complexităţii zonelor de conflict;

•

Limitarea frecvenţei conflictelor actuale;

•

Limitarea severităţii conflictelor potenţiale.

Pentru a se atinge aceste obiective au fost enunţate câteva principii ale canalizării: •

Mişcările nedorite sau greşite ar trebui descurajate sau interzise;

•

Traiectoria vehiculelor ar trebui să fie definite în mod clar;

•

Existenţa recomandărilor privind circulaţia cu viteze considerate sigure;

•

Punctele de conflict să fie separate cu ajutorul canalizărilor, oriunde este posibil;

•

Fluxurile de trafic să fie de traversare, pentru intersecţiile în unghi ascuţit până la unghi drept şi de convergenţă în cazul unghiurilor obtuze ;

•

Fluxurile principale să aibă un grad de libertate sporit;

•

Proiectarea să fie în acord cu schemele de control al traficului;

21


•

Vehiculele care frânează, cele care se deplasează cu viteză scăzută sau sunt oprite, trebuie separate de benzile pe care se circulă cu viteză mare;

•

Să existe refugii pentru pietoni şi persoanele cu handicap.

a)

b)

c) Figura 1.5: Insule de separare

Instrumentele disponibile pentru a aplica aceste principii sunt: •

Definirea numărului şi aranjarea benzilor de circulaţie;

•

Insule de separare de toate formele şi mărimile;

•

Insule mediane;

•

Raze de virare;

•

Elementele geometrice ale drumului;

•

Sectoare de selecţie şi separare;

•

Dispozitive de control al traficului.

22

C1_Capacitate de circulatie si LOS

Recommend Documents