Programação semafórica: entenda como funciona

Dandara Viana Transportes

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.

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.

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.

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.

Semáforo.

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.

Exemplo de um ciclo semafórico de três fases.

Ah, e caso você tenha interesse em se aprofundar nessa área, recomendo a aquisição do livro Engenharia de infraestrutura de transportes.

Agora, um exemplo resolvido para solidificar o que foi aprendido até agora.

 Exemplo aplicado

Para a interseção apresentada abaixo, determinar:

  1. As taxas de ocupação para cada aproximação;
  2. 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

 

Esquema de um cruzamento entre 3 vias.

Interseção do exemplo proposto.

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

Tabela para o passo 1.

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.

Tabela para o passo 2.

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:

Tabela para o passo 3.

Passo 04: Diagrama de intervalos luminosos

 

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.

 

 

 

Comments 14

    1. Post
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  1. Matéria bastante interessante. Tenho uma dúvida: tenho reparado que em vários semáforos do meu país chega um dado ponto em que todos eles acendem vermelho por alguma segundos, ou seja, num cruzamento entre Avenida x e y quando a x está no vermelho e a y ainda no amarelo e depois passa para o vermelho, a luz vermelha da x continua acesa por alguns segundos fazendo com que as duas avenidas fiquem no vermelho em simultâneo por poucos segundos, a dúvida é:

    será normal manter as luzes vermelhas dos dois cruzamentos por poucos segundos (em torno de 3seg) como fator de segurança ou trata se de uma falha no dimensionamento do sistema?

    1. Post
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      Olá Patricio, obrigada pelo feedback. Respondendo à sua pergunta, creio que seja totalmente normal, como medida de segurança.

  2. Excelente matéria…
    Conteúdo raro na internet e essencial para um mínimo de entendimento sobre engenharia de tráfego!

    muito grato

    1. Post
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  3. Boa noite, vc tem algum artigo sobre esse assunto que contem essas formulas de cálculo de semáforo?. preciso citar no meu TCC.

    Obrigado
    att

    1. Post
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  4. Boa tarde, quando não se informa o valor de Vermelho total para jogar na fórmula de Tempo perdido, há algum valor mínimo estabelecido por algum órgão, ou simplesmente eu não consigo calcular ??

    1. Post
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      Ricardo, o tempo de vermelho total pode ser calculado em função da velocidade de aproximação, largura da pista e comprimento do veículo. Segundo VILANOVA, ele pode ser determinado pela expressão:

      T_{vermelho,total}=(c+l)/v-t_{inv}

      Onde: t_{inv} é o tempo de invasão, ou seja, o tempo que um veículo demora para invadir a área de conflito depois que acendeu seu verde.

    1. Post
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      Oi Fagner, a densidade total de acessos controlados refere-se à razão entre o número de acessos (de saída e de entrada na rodovia) pela extensão total do trecho estudado. Espero que tenha ficado claro! 🙂

  5. Muito bom dia, Eng. Dandara!
    Muito obrigado pelo seu material primoroso compartilhado! Estou estudando logística na Fatec São José dos Campos e uma das disciplinas é Tecnologia de Transportes, com o ênfase no tráfego de vias e cruzamentos semaforizados. Eu gosto muito de realizar pesquisas adicionais, ler outras publicações e também ler as palavras de outros especialistas os quais tenham expertise nestas áreas do conhecimento. Assim, além dos ensinamentos de meus Mestres, adiciono outros conceitos e conhecimentos. Então, se a Engenheira tiver mais material e desejar ajudar-me nestes assuntos, ficarei muito agradecido em recebê-los no meu e-mail. Desde já os meus agradecimentos. José Carlos (56 anos de idade, rsss)

    1. Post
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