Studiul privind calculul capacitatii de trafic intr-o intersectie

1Generalitati

In circulatia urbana si interurbana se formeaza pe reteaua de sosele si strazi diverse fluxuri de circulatie care converg , diverg sau se intretaie la intersectiile respectivei retele .Aceste fluxuri recirculatie sant formate din urmatoarele categorii :

fluxuri de pietoni ,

fluxuri de autoturisme care au performante dinamice ridicate (viteza de circulatie ridicata , timpi si spatii de demaraj si franare reduse , raze de viraj relativ mici )

fluxuri de autocamioane si autobuze care formeaza categoria autovehiculelor grele cu performante dinamice inferioare autoturismelor ,

fluxuri de motociclete ,

fluxuri de biciclete .

Toate tipurile de fluxuri se pot canaliza la un moment dat pe reteaua rutiera , pentru ca, la intersectiile retelei , ele sa se divida succesiv in linii de flux elementare , cu anumite directii care converg , diverg sau se intretaie , putandu-se ajunge pana la completa pulverizare a unei linii ide flux . Figura 1 prezinta diagrama fluxurilor intr-o intersectie , pentru un singur sens de circulatie cu doua benzi paralele modul de descompunere a fluxurilor principale pe cele trei cai de iesire din intersectie .

Rezulta ca intersectiile sunt portiuni de drum care ofera conditii de circulatie net diferite de sectiunile celelalte ale retelei rutiere .Ele trebuie sa permita succedarea fluxurilor de trafic in diferite directii , reducand la minim stanjenirea reciproca a diferitelor fluxuri , asigurand un volum de trafic in conditii de maxima securitate a deplasarii .Aceasta inseamna reducerea la minim a timpilor necesari pentru traversarea intersectiei pentru fiecare element a fluxurilor de trafic , cu existenta unui risc numim de coleziune .

Fig. 1 Descompunerea fluxurilor principale intr-o intersectie cu trei cai de iesire

Pentru studiul modului de functionare al unei intersectii sunt necesare cunoasterea urmatoarelor elemente :

cuantumul fluxurilor de trafic globale care intra si ies din intersectie pe arterele si strazile concurente , atat la orele de varf cat si in situatia circulatiei libere nestanjenite prin intersectie

analiza formei geometrice a intersectiei din care sa rezulte structura fluxurilor de circulatie , respectiv directiile fluxurilor majore ;

analiza fractiunilor de fluxuri care executa viraje la dreapta si la stanga , stiut fiind ca in cazul circulatiei "pe dreapta "virajul la stanga se executa cu intersectarea fluxului care circula din sens contrar , deci in conditii ,mai dificile ca virajul la dreapta :

analiza razelor de curbura ale drumului in intersectie ;

stabilirea conditiile de vizibilitatea in plan asigurate conducatorilor auto care traverseaza intersectia .

In general este eficient numai studiul unei retele rutiere mai intense cuprinzand mai multe intersectii , deoarece imbunatatirea unei singure intersectii nu face decat sa mute dopurile de circulatie la intersectiile celelalte ale retelei .

Proiectarea sistemelor de circulatie in intersectii trebuie sa se faca pe baza unui studiu de programare a valorii fluxurilor pe perioada de 5 -10 ani ulteriori , deoarece aceste necesita fonduri de investitie relativ ridicate , ce nu se amortizeaza decat prin economia de timp realizata la traversarea intersectiilor si cresterea vitezei medii de circulatie .Un program tipic pentru o retea rutiera importanta , cu intersectii mari , trebuie sa cuprinda urmatoarele faze succesive :

canalizarea fluxurilor de diverse vehicule la principalele intersectii , largirea drumurilor si imbunatatirea sistemelor de semnalizare si control al circulatiei in intersectii ;

largirea cailor carosabile in intersectii ;

extinderea masurile de modernizare aplicate in faza intai la intersectiile mari si asupra intersectiilor mici , mai putin importante ;

proiectarea intersectiile denivelate ale arterelor de circulatie .

in acelasi timp , se impune cunoasterea si considerarea in calcule a caracteristicilor psihotehnice ale soferilor .Valorile adoptate in calcule trebuie sa fie valori medii valabile pentru cca 85% dintre subiectii analizati .Solutiile adoptate pentru dirijarea traficului in intersectie trebuie sa se bazeze pe reducerea complexitatii procesului de luare dde decizie si a manevrelor ce trebuie sa le execute soferul .

Analiza miscarilor intr-o intersectie 

Conditiile de circulatie intr-o intersectie au caractere de specificitate in principale din cauza existentei punctelor de intersectare a liniilor de flux vehiculare in diferite directii si a punctelor de intersectare ale acestora cu liniile de flux pietonale .Aceste puncte se numesc "puncte de conflict "pentru ele existand probabilitatea maxima a  coleziunilor .

Daca de considera o intersectie ortogonala cu doua benzi de circulatie pentru fiecare canal , in care exista si locuri de pasaj pentru pietoni , asa cum ilustreaza figura 2 , teoretic exista 20 de puncte de conflict ale fluxurilor de vehicule cu cele de pietoni .Masurile de dirijare a circulatiei in intersectii au drept scop , deci , de a elimina posibilitatea aparitie acestor puncte , cea mai simpla fiind reducerea numarului de fluxuri care au permisiunea sa patrunda simultan in intersectie .Deplasarile fluxurilor de circulatie pot fi descompuse si analizate separat , creindu-se pentru fiecare flux un timp optim de strabatere a intersectiei cu un timp minim de asteptare a intrarii in intersectie .

Pentru optimizarea circulatiei intr-o intersectie prin dirijarea momentului si ordinii de patrundere a fluxului  in intersectie , sant necesare in principal urmatoarele masuri :

creerea unor spatii de asteptare pentru vehicule atat la intrarea in intersectie cat si in cuprinsul ei ;

adaptarea dimensiunilor caii corespunzatoare asigurarii unor viteze mari de strabatere a intersectiei si   unor manevre de virare in conditii de siguranta a circulatiei ;

stabilirea prioritatii de intrare in intersectie functie de marimea fluxurilor in asteptare .

Spatiile de asteptare  intr-o intersectie sunt destinate fie automobilelor care nu au intrat in intersectie pentru ca alte fluxuri de circulatie au permisiunea sa traverseze intersectia la un moment dat , fie automobilelor care odata intrate in intersectie , nu pot executa manevra de virare le dreapta saula stanga .Locul si rolul acestor spatii sunt in detaliu urmatoarele :

spatiul de asteptare la intrare pentru fluxul principal al unui anumit sens de mers , pentru perioada cat intersectia este inchisa pentru sensul respectiv ;

spatiul special de asteptare in centrul intersectiei pentru fractiunile de flux care executa acest viraj ;

spatii auxiliare in centrul sau aproape de iesirea din intersectie pentru vehicule iesite din spatiul special de asteptare , dar oprite pentru a evita punctele de conflict cu fluxul care circula din dreapta sau respectiv fluxul de pietoni ;

spatii auxiliare in mijlocul arterei , ca locuri de asteptare pentru pietonii care nu au avut timp sa termine traversarea intersectiei .

Fig 2Punctele de conflict intr-o intersectie ortogonala

Este necesara adoptarea unor dimensiuni rationale pentru aceste spatii , deoarece largirea unei intersectii atrage cresterea timpului de traversare , atat pentru automobile cat si , , pentru pietoni devenind necesara constructia pasajelor denivelate .Acest fapt poate fi explicitat matematic astfel :

Pentru ca un automobil sa traverseze cu viteza v (m/s) fara coleziune o intersectie cu o cale avand doua benzi de rulare (o banda pentru fiecare sens de circulatie ) cu latimea de 2L m ii trebuie un interval de timp t = 2L/v . Daca pe soseaua cu care se face intersectarea se inregistreaza un volum de trafic de 3 Q (autovehicule / ora ) , probabilitatea existentei intervalului de timp t se supune distributiei  Poisson si este egala cu :

P_2L =

Iar daca se face intersectia cu o cale avand latimea 4 L ( doua benzi pentru fiecare sens de circulatie ) probabilitatea aparitiei aceluiasi interval t pentru un acelasi volum 2 Q va fi

P_4L =

Deci mai mica decat primul caz , ceea ce practic inseamna ingreunarea traversarii intersectiei si , eventual , formarea de siruri de automobile care asteapta intrarea in intersectie .

In general exista doua moduri diferite de rezolvarea circulatiei in intersectie , functie de cele doua tipuri de intersectii dirijate si libere (nedirijate )

2 Stabilirea debitului previzibil

Latimea unui drum depinde de intensitatea circulatiei si trebui e sa permita scurgerea in conditii acceptabile a fluxului previzibil .Latimea gabaritului autovehiculelor fiind de 2,50 m rezulta ca latimea unui fir de circulatie sa fie de minim 3 m sau chiar de 3,50 m , pentru a se putea efectua depasiri si incrucisari .

Intervalul cand 2 autovehicule se intalnesc se calculeaza cu relatiile :

I_m = 0,5 + 0,005 (V1 +V2) -pentru camioane

I_m = 0,35 + 0,005 (V1 +V2) -pentru turisme

Unde V1 si V2 sunt vitezele de circulatie ale autovehiculelor ce se intalnesc .

Debitul actual se determina prin metodele aratate .Cel mai greu este stabilirea debitului previzibil .

Daca se adopta legea lui Poisson se constata ca proportia de intervale mai mari ca 9 secunde este P(t>9) =

Ceea ce permite celei dea doua coloane din tabelul urmator pentru un drum cu doua benzi de circulatie .

Un criteriu care evidentiaza stanjenirea in circulatie este raportul Q /Q denumit si coeficient de stanjenire .

Q -numarul de depasiri care se pot executa in realitate

Q - numarul teoretic de masini , fara stanjenire de catre circulatie a din sens invers ;

Acest studiu poate fi facut fie prin calcul fie prin observatie .Diagrama urmatoare a fost trasata pe baza observatiilor efectuate in SUA pe un drum cu doua fire de circulatie.

Fig .3 Diagrama de reprezentare a coeficientului de stanjenire

Viteza medie a tuturor autovehiculelor este o alta referinta pentru determinarea debitului

3Factori care reduc capacitatea de circulatie

a )Latimea benzii de circulatie

pentru 3,60 m ,capacitatea nu se reduce ;

pentru 3,30 m , capacitatea se reduce cu 14 %;

pentru 3 m , capacitatea se reduce cu 23 % ;

pentru 2,70 m , capacitatea se reduce cu 30 %;

b ) prezenta obstacolelor laterale , situate la mai putin de 1,80 m de marginea partii carosabile produce un efect psihologic asemanator cu reducerea latimii benzii .

In SUA se admite ca reducerea de capacitate influenteaza nu numai sectorul ci si spatiul parcurs in timp de 9 secunde dea ajunge la el .

c ) distanta de vizibilitate pentru depasire

a) proportia de autocamioane si existenta rampelor ; se echivaleaza un autovehicul greu cu n vehicule usoare ;

n = 2 , in teren plan ;

n = 4 , in teren ondulat ;

n = 8 , in teren muntos.

b) Circulatia bicicletelor si motoarelor ;

o bicicleta se echivaleaza cu 2/10 dintr-un autovehicul usor ;

o motoreta se echivaleaza cu ½ dintr-un autovehicul usor .

Debitul mediu al unei artere cu 2 benzi de circulatie variaza de la 500 la 1500 autovehicule / ora , dar traficul mediu admisibil nu va putea depasi 4800 autovehicule /zi .

4Drumuri cu trei si mai multe fire de circulatie

Cele trei fire de circulatie , pentru ambele sensuri se folosesc astfel :

cate un fir  pe cate un sens , iar firul din mijloc pentru depasiri in ambele sensuri ;

doua fire pentru sensul cu flux maxim si un fir pentru mai putin incarcat ;

doua fire pentru rampe lungi pe care circula autovehicule de diferite categorii si un fir pentru sensul de coborare .

Cele trei fire de circulatie por fi folosite simultan numai in conditiile unei vizibilitati corespunzatoare .

Capacitatea acestui drum poate atinge valori :

1500 autovehicule /ora , pe cale curenta ;

1000 autovehicule /ora , pentru drumuri foarte rapide ;

2000 autovehicule /ora , in zone suburbane .

Aceiasi factori , care influenteaza capacitatea unui drum cu doua fire de circulatie , influenteaza si pe aceea a drumului cu trei fire de circulatie

Drumul cu trei fire poate deveni periculos daca nu exista nici o regula care sa dea prioritate unui din cele doua sensuri de circulatie .In Franta s-a trecut , in unele cazuri de la drumuri cu doua fire de circulatie cu o latime de 7 m , la drumuri cu trei fire de circulatie , cu o latime de 9 m .

Atunci cand volumul traficului rutier impune construirea uni drum cu mai multe benzi de circulatie ,in majoritatea cazurilor se atribui e fiecarui sens de circulatie cate doua fire de circulatie .

Capacitatea uni astfel de drum poate ajunge la :

1200 autovehicule /ora , pe fiecare fir , cale curenta ;

1500 autovehicule /ora , pe fiecare fir de circulatie , in zona suburbana .

Debitul instantaneu nu atinge , in general , maximul sau decat intr-unul din sensurile de mers , debitul total ramanand sensibil inferior celui de 1000 sau 1500 autovehicule /ora si fir de circulatie .

Capacitatea redusa de latimile insuficiente de obstacole laterale  , de volanul traficului greu si de declivitati .In acest caz nu trebuie asigurata vizibilitatea la depasire ci numai vizibilitatea de oprire ,daca situatia impune acest lucru .

Capacitatea unei autostrazi  , fara intersectii , cu doua benzi de circulatie , a doua fire fiecare ajunge la 2400 autovehicule /ora adica un trafic mediu zilnic de 2* 6*2400 = 30000 autovehicule .In cazul uni drum obisnui t cu 4 fire de circulatie se realizeaza doar un debit maxim zilnic de 15000 autovehicule .

Pentru a evita orbirea provocata de farurile autovehiculelor circuland in sens contrar , se impune separarea benzilor , pe cele doua sensuri de circulatie , prin zone verzi de minimum 4-5m.

5Masuri de exploatare care maresc capacitatea drumurilor rutiere

reglementarea stationarii autovehiculelor , mai ales la anumite ore de varf .

interzicerea autovehiculelor grele , in momente de varf ;

amplasarea judicioasa a statiilor de benzina ;

creare de circuite cu sens unic , fie permanente , fie numai in perioade de varf ;

organizarea controlului circulatiei , a depanarilor , a constatarilor accidentelor ;

dirijarea si reglementarea circulatiei prin aparatura moderna

Intersectia este o portiune din drum care permite succedarea curentilor in directii diferite , in siguranta reducand la minimum stanjenirea autovehiculelor si care sa asigure posibilitati de debit in fiecare directie .

Aceste cerinte se limiteaza reciproc cautandu-se un optimum , nu insa in defavoarea circulatiei .