Avaliação do desempenho operacional de rotundas: modelos e aplicações

Palavras-chave: Rotunda,Turbo-rotunda,Capacidade,Gap-acceptance,Cowan M3,Intervalo Crítico,Gipps,Car-Following,Segurança,SSAM,Conflito,Acidente,Emissões,Aimsun,Microssimulação

Ao longo das três últimas décadas, as rotundas têm vindo a substituir as interseções prioritárias em muitos países, assegurando elevados níveis de aceitação. As condições de funcionamento de uma rotunda em termos de capacidade, segurança e emissões dependem da sua tipologia, das suas características geométricas e dos níveis de procura, importando dispor de modelos de avaliação operacional que apoiem os projetistas nos processos de seleção e conceção geométrica das soluções mais adequadas. Esta tese, desenvolvida em três fases, contribui para potenciar o desempenho e aplicabilidade desses modelos.  A primeira fase incidiu nos modelos de capacidades baseados na teoria de gap-acceptance. O trabalho foi desenvolvido utilizando uma base de dados reais, recolhidos em seis rotundas portuguesas, e teve como objetivo otimizar a aplicabilidade do modelo generalizado de Hagring. Foi proposto um novo método de estimação dos parâmetros da distribuição estatística Cowan M3 a partir de uma distribuição empírica de intervalos entre veículos prioritários, com base no qual se obteve uma expressão de parametrização que depende apenas dos fluxos conflituantes. De seguida, analisaram-se diferentes métodos de estimação de intervalos críticos e complementares, obtiveram-se parâmetros calibrados para as condições portuguesas e efetuou-se uma comparação com valores de referência de outros países. Verificou-se que a fórmula de capacidades resultante possui uma elevada capacidade explicativa e produz estimativas que se ajustam muito bem às capacidades observadas. Finalmente, propôs-se uma nova metodologia de estimação de intervalos críticos para movimentos de atravessamento e de inserção em rotundas. O modelo proposto descreve o processo de gap-acceptance a nível microscópico, considerando as características da unidade veículo-condutor e a geometria da manobra. Tendo por referência resultados obtidos com modelos convencionais de estimação, concluiu-se que a nova abordagem é promissora, requerendo contudo o desenvolvimento de um submodelo de previsão de margens de segurança para maximizar o seu potencial. A segunda fase centrou-se no estudo dos modelos de microssimulação de tráfego tendo em vista a sua aplicação mais eficiente à análise do desempenho de rotundas nas suas mais variadas tipologias. Desenvolveu-se em primeiro lugar uma metodologia híbrida de calibração do modelo de microssimulação Aimsun, em que os parâmetros envolvidos no submodelo de car-following de Gipps são estimados com base em dados macroscópicos e os restantes parâmetros são estimados através de um processo de otimização, assente num algoritmo genético. Verificou-se que os parâmetros resultantes da estimação macroscópica são robustos, o que permite a sua aplicação em novas localizações apenas com ajustamentos pontuais. De seguida, avaliou-se as condições de aplicabilidade da metodologia de análise de segurança SSAM (Surrogate Safety Assessment Model). O trabalho consistiu na validação desse modelo através de dois métodos distintos: o primeiro compara o número de conflitos simulados pelo SSAM com o número de acidentes previstos por modelos clássicos de previsão de acidentes, em interseções virtuais; o segundo compara os conflitos reais observados em interseções reais com os conflitos previstos pelo SSAM, decorrentes de um modelo de simulação. Concluiu-se que o SSAM replica satisfatoriamente o padrão de conflitos reais e é uma ferramenta útil na previsão dos níveis de segurança de novas instalações. Na terceira fase avaliou-se o potencial de desempenho das turbo-rotundas relativamente às rotundas convencionais de duas vias de circulação. Este trabalho foi desenvolvido em duas partes. Na primeira, baseada na teoria clássica de gap-acceptance, procedeu-se à identificação precisa e detalhada do domínio preferencial de aplicabilidade das turbo-rotundas, em função dos níveis de procura e tendo em vista a componente de capacidade. Verificou-se que a turbo-rotunda oferece mais capacidade apenas sob casos muito particulares de procura, nomeadamente quando a proporção de tráfego de viragem à direita é muito grande. Na segunda, analisou-se o caso concreto de conversão da rotunda do Choupal, em Coimbra, numa rotunda de duas vias, e posteriormente em turbo-rotunda, considerando as componentes de capacidades/demoras, segurança/conforto e emissões atmosféricas, para diferentes cenários de procura. A análise foi suportada por um modelo de microssimulação Aimsun. Verificou-se que, relativamente à solução atual, ambas as propostas garantem o aumento da reserva de capacidade e a diminuição das emissões, tendo a turbo-rotunda a vantagem de manter os níveis de segurança atuais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias