UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
ITALO CÉSAR MONTALVÃO GUEDES
MODELO PROBABILÍSTICO PARA INVESTIGAÇÃO
DA INFLUÊNCIA DE PONTOS DE ÔNIBUS NO RUÍDO
DO TRÁFEGO VEICULAR URBANO
CAMPINAS 2018
ITALO CÉSAR MONTALVÃO GUEDES
MODELO PROBABILÍSTICO PARA INVESTIGAÇÃO
DA INFLUÊNCIA DE PONTOS DE ÔNIBUS NO RUÍDO
DO TRÁFEGO VEICULAR URBANO
Tese de Doutorado apresentada a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP, para obtenção do título de Doutor em Arquitetura, Tecnologia e Cidade, na área de Arquitetura, Tecnologia e Cidade.
Orientadora: Profa. Dra. Stelamaris Rolla Bertoli
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ITALO CÉSAR MONTALVÃO GUEDES E ORIENTADO PELA PROF (A). DR (A). STELAMARIS ROLLA BERTOLI.
ASSINATURA DA ORIENTADORA
CAMPINAS 2018
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E
URBANISMO
MODELO PROBABILÍSTICO PARA INVESTIGAÇÃO DA
INFLUÊNCIA DE PONTOS DE ÔNIBUS NO RUÍDO DO
TRÁFEGO VEICULAR URBANO
Italo César Montalvão Guedes
Tese de Doutorado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por:
Profa. Dra. Stelamaris Rolla Bertoli
Presidente e Orientadora/FEC/UNICAMP
Prof. Dr. Carlos Alberto Bandeira Guimarães
FEC/UNICAMP
Prof. Dr. Lauro Luiz Francisco Filho
FEC/UNICAMP
Profa. Dra. Lea Cristina Lucas de Souza
UFSCar
Prof. Dr. Roberto Leal Pimentel
UFPB
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.
Dedicatória
A minha esposa e filha, Karine e Letícia, mesmo distantes fisicamente, estiveram sempre ao meu lado durante essa etapa de nossas vidas. A minha mãe, irmãs, sobrinha e tia Marlene pelo apoio na realização de meus objetivos e ao meu primo Gutinha, por sua importante presença na minha trajetória acadêmica.
Agradecimentos
Agradeço a Deus, fonte de iluminação e perseverança.Agradeço também a todos que contribuíram direta ou indiretamente na realização desta pesquisa de doutorado e concretização de mais uma etapa de vida, a exemplo:
Da minha orientadora, Prof.ª Stelamaris Rolla Bertoli, que me recebeu mais uma vez como seu orientando, sempre compartilhando seus conhecimentos, experiência acadêmica, e acima de tudo sua presença amiga e atenciosa.
Do Prof. Jugurta Rosa Montalvão Filho, do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Sergipe (DEL/UFS), que acompanha meus estudos acadêmicos desde os tempos de graduação, sendo responsável por meu primeiro contato com área de “Acústica”, e agora, contribuindo no desenvolvimento desta tese de doutorado.
Do Prof. Rafael Pimentel Maia e seus alunos, Leandro Zanon, Bruno Miranda e Vinícius Ota, do Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica da Unicamp (IMEEC/UNICAMP), sempre solícitos e atenciosos durante as consultas de análise estatística.
Da Diretoria de Transportes (DGA/UNICAMP), em nome do Sr. Sebastião José de Faria, responsável pelo apoio à pesquisa quanto à liberação de ônibus do HEMOCENTRO da UNICAMP e motorista para realização dos experimentos referentes às gravações de sinais sonoros de veículos. Agradeço ainda aos senhores, João Aparecido e Gazolla (Setor de Transporte/UNICAMP) pela atenção e presteza na realização desta atividade de pesquisa.
Nesse sentido, agradeço também o apoio do Engenheiro Civil Alberto Fontolan (FEC/UNICAMP) pela disponibilidade e condução da caminhonete da FEC/UNICAMP, bem como dos demais colaboradores, que emprestaram seus veículos particulares, para a realização desta atividade acadêmica, quais sejam: Alexandre, Paula, Rodolfo, Joni, Roberta, Edwin e Elias. Por fim, agradeço de modo especial ao colega e amigo Alexandre, responsável pela operação do sistema de gravação dos sinais sonoros desses veículos.
Gostaria de agradecer ao Dami Dória pelo material cedido, o qual me ajudou na implementação da interface gráfica usada nas avaliações subjetivas auditivas (Testes de júri). Aproveito a oportunidade também para agradecer a todos os voluntários que participaram das avaliações subjetivas.
Agradeço ainda aos funcionários e professores da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.
Aos técnicos do Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada (LACAF/FEC/UNICAMP), Daniel e Obadias, pelo suporte técnico e amizade transmitida ao longo desses anos.
Aos colegas e amigos do LACAF/FEC/UNICAMP, Felipe, Bia, Angélica (conforto térmico) e aos “acústicos”, Adriano, Tiago, Iara, Roberto, Vanessa, Roberta, Gabriel, Joni, Thaís, Rodolfo, Alexandre e Rafaella, pela convivência e troca de experiências em diferentes momentos ao longo desses últimos quatro anos, pelas companhias nas horas do “cafezinho” e “bate – papo” sobre acústica e assuntos diversos.
Gostaria de registrar meus agradecimentos ao grupo “Os Três Mosqueteiros”, formado por mim, Alexandre e Rafaella, em que pude dividir os sucessos e dificuldades da pesquisa ao longo, e especialmente, na reta final desse período de doutoramento.
Aos amigos de moradia e de convivência fora da Unicamp, Elias, Edwin e José Aranda, Lino, Rafael, Télio, José Roberto e Cleberton, pelo companheirismo no dia a dia.
Agradeço ainda, à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pelo apoio à pesquisa através da bolsa de estudos vinculada ao Programa de Pós- graduação em Arquitetura, Tecnologia e Cidade da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC/UNICAMP).
E por fim, agradeço a Universidade Federal de Sergipe (UFS) e ao Departamento de Arquitetura e Urbanismo (DAU/UFS) por minha liberação para cursar o doutorado pela FEC/UNICAMP.
Resumo
A poluição sonora representa um importante fator de impacto ambiental nas cidades. Tal problemática está relacionada com o grande crescimento populacional e contínuo processo de urbanização. A priorização do uso de veículos automotores tornou o ruído do tráfego a principal fonte de poluição sonora urbana. Esta modalidade de ruído sofre influência do fluxo, tipo e velocidades dos veículos em circulação, dos aspectos físicos e morfológicos das vias, das instabilidades do trânsito provocadas pelos cruzamentos, rotatórias, lombadas, pontos de ônibus, e postura dos motoristas. O objetivo geral desta pesquisa foi investigar de que maneira a dinâmica operacional em pontos de ônibus influencia no ruído do tráfego veicular urbano. Adotou-se como forma de abordagem a modelagem e simulação probabilística, considerando-se sinais sonoros reais e a aleatoriedade do tráfego veicular e de chegadas de ônibus em determinado ponto de parada. O método da pesquisa contemplou as seguintes etapas: (i) seleção dos objetos de estudo – Pontos de ônibus (Campinas/SP); (ii) aquisição de aspectos físicos e medições de dados acústicos e de tráfego das vias urbanas selecionadas com presença de ponto de ônibus; (iii) gravação de sinais sonoros reais de passagens de veículos e do ciclo de desaceleração, parada e aceleração de ônibus em um ponto de parada hipotético; (iv) implementação do modelo probabilístico para simulação do ruído do tráfego veicular em diferentes cenários (reais e hipotéticos); (v) avaliação quantitativa e subjetiva auditiva (Teste de júri) dos ruídos simulados e (vi) análises dos resultados. Pôde-se concluir que houve boa concordância entre os valores medidos e simulados dos dados de tráfego e acústicos durante a validação do modelo; os experimentos de simulação confirmaram a hipótese principal da pesquisa de que a dinâmica operacional em pontos de ônibus influencia no ruído do tráfego veicular; observou-se que menores intervalos de tempo entre chegadas sucessivas de ônibus estiveram associados a maiores valores dos descritores acústicos (LA10, LAeq, TNI e LNP) para mesmo fluxo veicular. No entanto, maiores variações de TNI e LNP ocorreram para cenários com fluxo veicular reduzido, corroborando com a ideia de maior percepção do ruído ambiental em situações com menor nível de ruído residual. As avaliações de impacto sonoro das ruas investigadas indicaram valores de LAeq, TNI e LNP superiores aos limites recomendados pelas referências adotadas, mesmo em situações hipotéticas mais favoráveis (sem passagem de veículos pesados e menor ocorrência de ônibus nos pontos de parada). Quanto aos testes de júri para verificação do nível de realismo do ruído simulado, os resultados mostraram que os áudios reais e simulados não são indiscerníveis. Porém, os voluntários mostraram forte tendência de classificar os áudios como reais quando de fato eram reais. Essa tendência não foi observada na avaliação dos áudios simulados. Esses resultados indicam caminho promissor desta ferramenta para predição do ruído do tráfego veicular com presença de pontos de ônibus, propiciando a estimativa de descritores acústicos e a “escuta” do ruído simulado. Espera-se que o produto final desta pesquisa possa subsidiar agentes ambientais e planejadores urbanos em ações efetivas no controle e gerenciamento do ruído nas cidades.
Abstract
Noise pollution is an important factor to the environmental impact in cities. This problem is directly related to population growth and a continuous urbanization process. Traffic noise is the main source of urban noise pollution due to the priority use of automotive vehicles. Flow and kind of vehicles in circulation, physical and morphologic aspects of the road, traffic instabilities due to crossings, roundabouts, speed bumps, bus stops and driver’s attitude influence this special kind of noise. The main objective of this research was to investigate how bus stops operational dynamics contribute to urban noise traffic. The adopted approach was a probabilistic model and simulation, considering real vehicles recorded noise signals and random traffic and bus arrivals in a specific bus stop. Methodological procedures considered the following steps: (i) selection of studied objects – bus stops in Campinas – SP; (ii) acquisition of physical aspects, traffic and acoustic measurements of the selected streets with a bus stop; (iii) sound recording of real events such as vehicles passages and slowdown, stop and speed-up cycle of a bus at a hypothetical bus stop; (iv) implementation of the probabilistic model to simulate vehicular traffic noise in different scenarios, real and hypothetical; (v) quantitative and subjective (jury tests) evaluations of simulated results; (vi) analysis of the results. Results showed a good agreement between measured and simulated traffic and acoustic data during model validation. The simulated data results confirmed the main hypothesis of the research that bus stop operational dynamics have an influence on vehicular traffic noise. Smaller time intervals of successive bus arrivals were associated to the greatest values of acoustic parameters LA10, LAeq, TNI and LNP to the same vehicular flow. However, greater TNI and LNP variations occurred on reduced vehicular flow scenarios, reinforcing the idea that there is a greater perception of environmental noise in situations of lower background noise. Investigated streets noise impact evaluation showed greater values of LAeq, TNI and LNP, over the adopted references recommended limits, even in more friendly hypothetical situations (without heavy vehicles passage and smaller bus arrivals at bus stops). Jury tests results, used to verify the realism level of the simulated noise, showed that real and simulated audios are not indiscernible. However, volunteers showed a stronger tendency to classify audios as real when those were in fact real. A similar tendency was not observed in simulated audio evaluation. General results indicate this tool as a promising way to predict vehicular traffic noise in the presence of a bus stop, allowing the estimative of acoustic parameters and the possibility to listen to simulated noise. It is expected that the final product of this research may subsidize environmental agents and urban planners in effective actions regarding control and management of environmental noise in cities.
Lista de Figuras
Figura 1 – Posicionamento e dimensões dos pontos de parada próximos a cruzamentos:
a) Antes do cruzamento e b) Depois do cruzamento. ... 29
Figura 2 – Relação entre TNI e grau de insatisfação com o ruído de tráfego ... 37
Figura 3 – Relação entre fluxo de tráfego e TNI, L10, L90. ... 37
Figura 4 – Metodologia de simulação. ... 55
Figura 5 – Distribuição uniforme discreta: a) Função de probabilidade e b) Função de distribuição acumulada. ... 58
Figura 6 – Distribuição de Bernoulli: a) Função de probabilidade e b) Função de distribuição acumulada. ... 59
Figura 7 – Distribuição uniforme no intervalo [α, β]: a) Função densidade de probabilidade e b) Função de distribuição acumulada . ... 60
Figura 8 – Função de densidade de probabilidade de uma variável aleatória normal (μ e σ2 ). ... 61
Figura 9 – Distribuição normal padrão: a) Função de distribuição e b) Função de distribuição acumulada. ... 62
Figura 10 – Localização dos objetos de estudo (Pontos de ônibus “A” e “B”) no mapa parcial de Campinas (SP). ... 67
Figura 11 – Ponto de ônibus “A” e rua Roxo Moreira: a) Mapa de localização, b) Foto aérea e c) Foto – corte transversal. ... 68
Figura 12 – Ponto de ônibus “B” e rua Dr. Buarque de Macedo: a) Mapa de localização, b) Foto aérea e c) Foto – corte transversal. ... 70
Figura 13 – Campos experimentais: a) Mapa de localização – UNICAMP. Fonte: Adaptado de Google Maps (2015b), b) Foto da rua Daniel Hogan. (Fonte: Arquivo pessoal. Data: 23/07/2015) e c) Foto da rua Walter August Hadler. (Fonte: Arquivo pessoal. Data: 16/10/2016). ... 72
Figura 14 – Aparato experimental (Segunda etapa de coleta de dados) – Rua Daniel Hogan: a) Foto – vista frontal do aparato, b) Foto – perspectiva: Ponto/medição “O” e eixo de referência. (Fonte: Arquivo pessoal. Data: 23/07/2015)e c) Desenho esquemático em planta. ... 74
Figura 15 – Recorte do sinal sonoro gravado da passagem de um veículo – teste e ajustes finais para ser usado no modelo computacional. ... 75
Figura 16 – Aparato experimental (Segunda etapa de coleta de dados) – Rua Walter August Hadler: a) Fotos de passagens individuais de veículos – teste [veículo leve (vl) e moto (mt)]. (Fonte: Arquivo pessoal. Data: 16/10/2016) e b) Desenho esquemático em planta. ... 77 Figura 17 – Desenho esquemático (Segunda etapa de coleta de dados) – Rua Daniel Hogan: Gravação do sinal sonoro de passagens individuais do ônibus. ... 79 Figura 18 – Aparato experimental (Segunda etapa de coleta de dados) – Rua Daniel Hogan: a) Foto do ônibus durante processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético. (Fonte: Arquivo pessoal. Data: 02/04/2017) e b) Desenho esquemático em planta. ... 79 Figura 19 – Desenhos esquemáticos com posicionamento do aparato experimental para gravação e medição acústica na rua Roxo Moreira e Ponto de ônibus “A”. ... 83 Figura 20 – Desenhos esquemáticos com posicionamento do aparato experimental para
gravação e medição acústica na rua Dr. Buarque de Macedo e no Ponto de ônibus “B”. ... 84
Figura 21 – Diagrama esquemático com o procedimento adotado para a composição do ruído residual do modelo a partir de amostras reais gravadas na própria rua investigada. ... 85 Figura 22 – Fluxograma esquemático do modelo conceitual. ... 89 Figura 23 – Desenho esquemático da primeira reflexão em superfícies refletoras opostas de uma rua. ... 94 Figura 24 – Tela inicial da interface gráfica principal utilizada no teste de júri. ... 99 Figura 25 – Tela de apresentação e avaliação das amostras dos áudios aleatórios pelo voluntário. ... 99 Figura 26 – Tela final da interface gráfica com indicação do fim do teste e agradecimento pela participação do voluntário. ... 100 Figura 27 – Gráficos resultantes das simulações para investigação da influência da dinâmica do Ptbus – A no ruído do tráfego veicular da rua Roxo Moreira: a) LAeq,15min versus Qrel, b) LA10,15min versus Qrel, c) LA90,15min versus Qrel, d) TNI,15min versus Qrel e e) LNP,15min versus Qrel. ... 107 Figura 28 – Gráficos resultantes das simulações para investigação da influência da dinâmica do Ptbus – B no ruído do tráfego veicular da rua Dr. Buarque de Macedo: a) LAeq,15min versus Qrel, b) LA10,15min versus Qrel, c) LA90,15min versus Qrel, d) TNI,15min versus Qrel e e) LNP,15min versus Qrel. ... 117
Figura D.1 – Sinal sonoro: Clio – Renault – PROJ006 [vl; 50 Km/h; 3ª marcha]. ... 147
Figura D.2 – Sinal sonoro: Intruder 125 – Suzuki – PROJ003 [mt; 50 km/h; 3ª marcha]. .. 147
Figura D.3 – Sinal sonoro: Toyota – Bandeirante BJ55LP – PROJ013 [vp; 40 Km/h; 4ª marcha]. ... 148
Figura D.4 – Sinal sonoro: Chegada – parada – partida do ônibus no ponto de parada (Ptbus – A). ... 148
Figura D.5 – Sinal sonoro: DUSTER – Renault – PROJ079 [vl; 45 Km/h; 3ª marcha]. .... 149
Figura D.6 – Sinal sonoro: DUSTER – Renault – PROJ087 [vl; 40 Km/h; 3ª marcha]. .... 150
Figura D.7 – Sinal sonoro: MARCH – Nissan – PROJ101 [vl; 45 Km/h; 3ª marcha]. ... 150
Figura D.8 – Sinal sonoro: MARCH – Nissan – PROJ104 [vl; 40 Km/h; 3ª marcha]. ... 150
Figura D.9 – Sinal sonoro: PUNTO – Fiat – PROJ091 [vl; 45 Km/h; 3ª marcha]. ... 151
Figura D.10 – Sinal sonoro: PUNTO – Fiat – PROJ096 [vl; 40 Km/h; 3ª marcha]. ... 151
Figura D.11 – Sinal sonoro: UP – Volkswagen – PROJ109 [vl; 45 Km/h; 3ª marcha]. ... 151
Figura D.12 – Sinal sonoro: UP – Volkswagen – PROJ114 [vl; 40 Km/h; 3ª marcha]. ... 152
Figura D.13 – Sinal sonoro: CB300R – Honda – PROJ119 [mt; 45 Km/h; 3ª marcha]. ... 152
Figura D.14 – Sinal sonoro: CB300R – Honda – PROJ121 [mt; 40 Km/h; 3ª marcha]. .... 152
Figura D.15 – Sinal sonoro: CB300R – Honda – PROJ123 [mt; 40 Km/h; 3ª marcha]. .... 153
Figura D.16 –Sinal sonoro: Intruder 125 – Suzuki – PROJ124 [mt; 45 Km/h; 3ª marcha]. 153 Figura D.17 – Sinal sonoro: Intruder 125 – Suzuki – PROJ129 [mt; 40 Km/h; 3ª marcha]. 153 Figura D.18 – Sinal sonoro: Intruder 125 – Suzuki – PROJ126 [mt; 45 Km/h; 3ª marcha]. 154 Figura D.19 – Sinal sonoro: Intruder 125 – Suzuki – PROJ131 [mt; 40 Km/h; 3ª marcha]. 154 Figura D.20 – Sinal sonoro: Toyota – Bandeirante BJ55LP – PROJ013 [vp; 40 Km/h; 4ª marcha]. ... 154
Figura D.21 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – PROJ228 [vp; 30 Km/h; 4ª marcha]. ... 155
Figura D.22 – Sinal sonoro do Ônibus – Mercedes Benz – PROJ245 [vp; 30 Km/h; 3ª marcha]. ... 155
Figura D.23 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – TS6 – PROJ237 [Processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético]. ... 156 Figura D.24 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – TS6 – PROJ239 [Processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético] ... 156 Figura D.25 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – TS11 – PROJ233 [Processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético] ... 156 Figura D.26 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – TS11 – PROJ234 [Processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético] ... 157 Figura D.27 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – TS11 – PROJ235 [Processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético] ... 157 Figura D.28 – Sinal sonoro: Ônibus – Mercedes Benz – TS17 – PROJ243 [Processo de desaceleração – parada – aceleração no ponto de parada hipotético] ... 157
Figura L.1 – Gráfico do ruído simulado da rua Roxo Moreira (Tempo de simulação = 180s) ... 173
Figura L.2 – Gráfico para verificação das entradas de veículos no fluxo de tráfego e de chegadas de ônibus no ponto de parada - Exemplo de simulação (Rua Roxo Moreira) .... 173 Figura L.3 – Gráfico do ruído simulado da rua Dr. Buarque de Macedo (Tempo de simulação = 180s). ... 174 Figura L.4 – Gráfico para verificação de entradas de veículos no fluxo de tráfego e de
chegadas de ônibus no ponto de parada - Exemplo de simulação (Rua Dr. Buarque de Macedo). ... 174
Lista de Tabelas
Tabela 1 – Exemplos de artigos desenvolvidos no Brasil e publicados internacionalmente sobre mapeamento acústico. ... 42 Tabela 2 – Exemplos de artigos desenvolvidos no Brasil e publicados internacionalmente com aplicação de análises de regressão linear. ... 45 Tabela 3 – Simulação do processo de chegada de clientes em um pedágio. ... 64 Tabela 4 – Valores do parâmetro de entrada “λ” inseridos no modelo para realização das simulações (Ptbus – A; rua Roxo Moreira). ... 104 Tabela 5 – Média dos dados medidos e simulados das variáveis de tráfego (Ptbus – A; rua Roxo Moreira). ... 104 Tabela 6 – Média logarítmica dos dados medidos e simulados das variáveis acústicas (Ptbus – A; rua Roxo Moreira). ... 104 Tabela 7 – Resultados do teste t de Student entre variáveis acústicas simuladas (Simulação 1) e medidas (Ptbus – A; rua Roxo Moreira) ... 105 Tabela 8 – Intervalos médios de tempo entre chegadas sucessivas de ônibus adotados como parâmetros de entrada (“β”) no modelo nas simulações para análise de sensibilidade (Ptbus – A; rua Roxo Moreira). ... 106 Tabela 9 – Fluxos veiculares adotados como parâmetros de entrada (“λ”) no modelo durante as simulações para análise de sensibilidade (Rua Roxo Moreira). ... 106 Tabela 10 – Análise comparativa entre valores de LAeq, TNI e LNP simulados e seus valores – limite extraídos da literatura (Ptbus – A; rua Roxo Moreira) ... 111 Tabela 11 – Valores do parâmetro de entrada “λ” inseridos no modelo para realização das simulações (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 113 Tabela 12 – Média dos dados medidos e simulados das variáveis de tráfego (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 114 Tabela 13 – Média logarítmica dos dados medidos e simulados das variáveis acústicas (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 114 Tabela 14 – Resultados do teste t de Student entre variáveis acústicas simuladas (Simulação 1) e medidas (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 115 Tabela 15 – Intervalos médios de tempo entre chegadas sucessivas de ônibus adotados como parâmetros de entrada (“β”) no modelo nas simulações para análise de sensibilidade (Ptbus –
B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 116 Tabela 16 – Fluxos veiculares adotados como parâmetros de entrada (“λ”) no modelo nas simulações para análise de sensibilidade (Rua Dr. Buarque de Macedo). ... 116 Tabela 17 – Análise comparativa entre valores de LAeq, TNI e LNP simulados e seus valores – limite extraídos da literatura (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 120 Tabela A.1 – Fluxos horários de veículos (Rua Roxo Moreira). ... 142 Tabela A.2 – Registros de intervalos de tempo entre chegadas sucessivas de ônibus (TC) e de tempo de serviço ou parada (TS) no Ptbus – A (Rua Roxo Moreira). ... 143 Tabela B.1 – Fluxos horários de veículos (Rua Dr. Buarque de Macedo). ... 144 Tabela B.2 – Registros de intervalos de tempo entre chegadas sucessivas de ônibus (TC) e tempo de serviço ou parada (TS) no Ptbus – B (Rua Dr. Buarque de Macedo). ... 145 Tabela D.1 – Informações de velocidade, marcha, nível sonoro equivalente (LAeq.10s) das passagens individuais dos veículos – teste usados nas simulações do estudo piloto da pesquisa. ... 147 Tabela D.2 – Informações de velocidade, marcha, nível sonoro equivalente (LAeq.10s) das passagens individuais dos veículos – teste usados nas simulações dos estudos finais da pesquisa. ... 149 Tabela D.3 – Informações de nível sonoro equivalente (LAeq) dos processos de desaceleração, parada e aceleração de um ônibus em um ponto de parada hipotético usados nas simulações dos estudos finais da pesquisa. ... 155 Tabela E.1 – Dados de tráfego e acústicos para validação - t = 3min (Ptbus – A; rua Roxo Moreira). ... 158 Tabela F.1 – Dados de tráfego e acústicos para validação - t = 3min (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo). ... 160 Tabela O.1 – Valores médios dos dados de tráfego e acústicos para a rua Roxo Moreira (vp ≠ 0; tempo de simulação = 900s; 20 simulações independentes). ... 178 Tabela O.2 – Valores médios dos dados de tráfego e acústicos para a rua Roxo Moreira, desconsiderando-se hipoteticamente as passagens de veículos pesados (vp = 0; tempo de simulação = 900s; 20 simulações independentes). ... 178 Tabela Q.1 – Valores médios dos dados de tráfego e acústicos para a rua Dr. Buarque de Macedo (vp ≠ 0; tempo de simulação = 900s; 20 simulações independentes). ... 180 Tabela Q.2 – Valores médios dos dados de tráfego e acústicos para a rua Dr. Buarque de Macedo, desconsiderando-se hipoteticamente as passagens de veículos pesados (vp = 0; Tempo de simulação = 900s; 20 simulações independentes). ... 180
Sumário
Capítulo 1 – INTRODUÇÃO ... 18
1.1 Considerações iniciais ... 18
1.2 Objetivos ... 23
1.3 Estrutura da tese ... 23
Capítulo 2 – RUÍDO DO TRÁFEGO VEICULAR ... 25
2.1 Considerações iniciais ... 25
2.2 Transporte público e o trânsito nas cidades ... 25
2.3 Aspectos gerais sobre ruído do tráfego veicular ... 30
2.4 Ferramentas de avaliação do ruído do tráfego veicular ... 33
Capítulo 3 – MODELAGEM E SIMULAÇÕES ... 52
3.1 Considerações iniciais ... 52
3.2 Variáveis aleatórias e distribuição de probabilidade ... 56
3.3 Simulações de Monte Carlo ... 62
Capítulo 4 – MÉTODO DA PESQUISA ... 65
4.1 Considerações iniciais ... 65
4.2 Objeto de estudo ... 67
4.3 Coleta de dados ... 71
4.4 Modelagem e simulação computacional ... 86
Capítulo 5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 102
5.1 Considerações iniciais ... 102
5.2 Análise quantitativa – Ponto de ônibus “A” (Ptbus – A; rua Roxo Moreira) ... 102
5.3 Análise quantitativa – Ponto de ônibus “B” (Ptbus – B; rua Dr. Buarque de Macedo) 112
5.4 Análise qualitativa – Avaliação subjetiva auditiva (Teste de júri) ... 121
Capítulo 6 – CONCLUSÕES ... 124
REFERÊNCIAS ... 132
APÊNDICE A ... 142
APÊNDICE C ... 146 APÊNDICE D ... 147 APÊNDICE E ... 158 APÊNDICE F ... 160 APÊNDICE G ... 162 APÊNDICE H ... 164 APÊNDICE I ... 171 APÊNDICE J ... 172 APÊNDICE L ... 173 APÊNDICE M ... 175 APÊNDICE N ... 177 APÊNDICE O ... 178 APÊNDICE P ... 179 APÊNDICE Q ... 180
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
1.1 Considerações iniciais
O ruído representa nos dias atuais um importante agente de poluição e de preocupação ambiental nas cidades, sendo responsável por grande número de reclamações por parte da opinião pública (SEONG et al, 2011).
A poluição sonora decorre do ruído proveniente de diversas fontes, sejam elas fixas ou móveis, como, indústrias, templos religiosos, casas de shows e eventos, bares, construção civil, transporte aéreo, ferroviário, rodoviário, entre outras. No entanto, a comunidade científica considera o ruído do tráfego veicular como principal fonte de poluição sonora em ambientes urbanos (CAI et al, 2015; COVACIU; FLOREA; TIMAR, 2015; LICITRA, 2013; KANG, 2007).
O problema do ruído, e consequentemente da poluição sonora, tem se agravado ainda mais diante da explosão demográfica, do rápido processo de urbanização e da priorização dos veículos automotores como principal forma de mobilidade em relação aos outros modos de transporte urbano de passageiros, estando focada muitas vezes no transporte individual em detrimento do transporte público coletivo.
Em referência aos veículos automotores, De Castilho (1997) comenta que o expressivo aumento em escala mundial do número desses veículos nas cidades decorre de alguns fatores, quais sejam:
(i) Estímulo e desenvolvimento da indústria automobilística.
(ii) Crescimento da demanda por transporte público nos países em desenvolvimento devido à já citada explosão demográfica, da expansão rápida e desorganizada das fronteiras urbanas nas grandes cidades e da intensificação das atividades econômicas e, consequentemente, do aumento do poder aquisitivo.
No Brasil, os dados estatísticos disponibilizados pelo site do Departamento Nacional de Trânsito (DENATRAN) apontam uma ampliação da frota total de veículos na
ordem de 2,15 vezes entre os meses de fevereiro de 2006 e 2016 (DENATRAN, 2016). Da frota total de veículos de fevereiro de 2016, aproximadamente 55%, refere-se a veículos do tipo automóvel, corroborando com o que foi mencionado quanto ao atual predomínio da cultura de uso do transporte individual em relação ao transporte coletivo urbano.
Segundo De Abreu (2017, p. 19), com base na Lei nº 12.587 (BRASIL, 2012), que institui as diretrizes da Política Nacional de Mobilidade Urbana:
“O transporte é um importante instrumento de direcionamento do desenvolvimento urbano das cidades. A mobilidade urbana bem planejada, com sistemas integrados e sustentáveis, garante o acesso dos cidadãos às cidades e proporciona qualidade de vida e desenvolvimento econômico” (DE ABRREU, 2017, p.19).
No entanto, o sistema vigente de transporte urbano brasileiro avança cada vez no sentido contrário desse tão almejado desenvolvimento urbano sustentável, com qualidade de vida e desenvolvimento socioeconômico para as pessoas. Cada vez mais fica evidente a falta de qualidade do sistema de transporte público, que de acordo com ANTP (1997), apesar de receber alguns investimentos em locais específicos, se mostra incipiente para atender a necessidade crescente da população.
O que se vê na realidade é o agravamento das diversas problemáticas decorrentes do sistema de transporte no cotidiano das médias e grandes cidades brasileiras e de outros países em desenvolvimento. A redução da mobilidade e na acessibilidade, a degradação das condições ambientais (por exemplo: poluição sonora e atmosférica), os longos deslocamentos e congestionamentos, os elevados índices de acidentes de trânsito são alguns desses relevantes problemas do modelo de transporte urbano existente em muitas cidades (ANTP, 1997).
Por outro lado, o transporte público coletivo na maioria das cidades brasileiras depende bastante do uso do ônibus1 (RODRIGUES, 2006), que disputa diariamente o seu espaço na malha viária das cidades com os demais veículos de transporte individual (automóveis, motos, etc.). Essa característica de transporte de passageiros centrado no modo viário vista no Brasil contribui ainda mais para a piora do quadro de poluição sonora em suas cidades.
1
De acordo com Ferraz e Torres (2004), o uso do ônibus representa o principal modo de transporte público urbano adotado no mundo, correspondendo a mais de 90%.
No transporte coletivo por ônibus, o ponto de parada de ônibus consiste em um dos seus principais componentes, cuja implantação ao longo do sistema viário deve envolver uma série de cuidados, tais como, comodidade, segurança nas travessias e oferta de informações do sistema de transporte aos usuários, bem como a busca pela eficiência na operação do sistema como um todo (ANTP, 1997).
No entanto, outro aspecto que deveria, porém não estar explícita neste rol de preocupações, é o estudo de impacto sonoro da dinâmica operacional de pontos de parada de ônibus em sua vizinhança, em especial, próximo a edificações e regiões sensíveis ao ruído.
Sabe-se que o ruído do tráfego veicular urbano sofre inúmeras influências das instabilidades no trânsito devido às frenagens e acelerações dos veículos provocadas pelos diversos elementos ou equipamentos urbanos, como, cruzamentos semaforizados ou não, rotatórias, redutores de velocidade (lombadas e sonorizadores), além dos próprios pontos de parada de ônibus, conforme foi demonstrado nas pesquisas desenvolvidas por: ABO-QUDAIS; ALHIARY, 2007; LI et al, 2011; CAI; LI; LIU, 2011; WANG; CAI; ZOU, 2012.
Por outro lado, os resultados obtidos do mapeamento sistemático de literatura2, realizados nesta tese de doutorado, mostraram prováveis lacunas de pesquisa sobre modelagem e simulações para investigação de interferências no ruído do tráfego veicular de alguns desses elementos urbanos. Do universo total de 219 artigos sobre modelagem e simulações no ruído do tráfego veicular, apenas 36 artigos estiveram associados com o estudo da influência acústica de algum elemento ou equipamento urbano (GUEDES; BERTOLI, 2015).
Dentro dessa amostra de 36 artigos com temática diretamente envolvida com a influência de elementos ou equipamentos urbanos no ruído do tráfego veicular, observou-se uma maior predominância para as pesquisas sobre a interferência acústica dos cruzamentos, com ou sem semáforos (24 artigos), acompanhados pelos estudos sobre redutores de velocidade (6 artigos), rotatórias (4 artigos) e ponto de ônibus (2 artigos) (GUEDES; BERTOLI, 2015).
2 O mapeamento sistemático de literatura foi realizado com intuito de identificar eventuais lacunas de pesquisa
na temática sobre ruído de tráfego veicular, a fim de contribuir para a definição da questão de pesquisa, além de subsidiar a elaboração da revisão de literatura desta tese de doutorado. O mapeamento dos artigos científicos foi realizado nas bases de dados, Scopus (SC), Science Direct (SD) e Web of Science (WS) com base no critério de qualidade. Nesta pesquisa sistemática de literatura foram adotados ainda os seguintes critérios de busca: Período de publicação (2005 a 2015), idioma (inglês) e tipo de documento (artigos de periódicos e de conferências). Outras informações acerca desse mapeamento sistemático de literatura podem ser obtidas em Guedes e Bertoli (2015).
As questões discutidas até o momento sobre o transporte urbano de pessoas e os seus diversos impactos negativos, especialmente, a poluição sonora devido ao tráfego veicular, a possível despreocupação acústica no processo de implantação de pontos de ônibus no sistema viário, e as lacunas de pesquisas evidenciadas sobre modelagem e simulações da influência de pontos de ônibus no ruído do tráfego veicular contribuíram para a definição da questão de pesquisa desta tese, estando ligada a temas que fazem parte da pauta de discussão e preocupação da maioria das cidades brasileiras e de outros países em desenvolvimento: A poluição sonora, o transporte de pessoas e o trânsito nas cidades.
A questão de pesquisa dessa tese consistiu na seguinte pergunta: De que maneira a dinâmica operacional em pontos de ônibus influencia os níveis de ruído do tráfego veicular em áreas urbanas? A hipótese principal formulada para o estudo foi: O processo de chegadas e partidas de ônibus em determinado ponto de parada influencia o ruído do tráfego veicular em seu entorno próximo.
Para tanto, esta pesquisa se propôs a desenvolver um modelo de simulação probabilística com aplicação do método de Monte Carlo, levando-se em conta características aleatórias do tráfego veicular e do processo de chegadas e partidas de ônibus em determinado ponto de parada.
Ressalta-se que técnicas de modelagem e simulação probabilística têm sido adotadas por outros estudos interessados na avaliação do ruído do tráfego veicular em áreas urbanas, tais como, Radwan e Oldham (1987), Skarlatos (1993), Ramírez e Domínguez (2013). No entanto, destaca-se que uma das principais contribuições da presente pesquisa é a proposição de uma ferramenta computacional desenvolvida a partir de uma abordagem simples e intuitiva de modelagem e simulação, a qual possibilitará aos seus futuros usuários não apenas estimar diferentes descritores acústicos, mas também, escutar o ruído simulado de diversos cenários de tráfego veicular (reais ou hipotéticos).
Sucintamente, a concepção do modelo computacional proposto nesta tese considera a associação de cada evento aleatório simulado, ou seja, passagem individual de veículos (veículo leve, moto ou veículo pesado) e ciclo de chegada e partida de um ônibus no ponto de parada investigado, aos seus respectivos sinais sonoros reais gravados em campo experimental. A simplicidade do modelo está no fato de não ser necessário realizar a síntese dos referidos sinais sonoros, aumentando as possibilidades de obtenção de características sonoras mais próximas da realidade.
Em termos de justificativa e relevância desta pesquisa, um primeiro aspecto a ser colocado é a relação do ruído com vários efeitos nocivos à saúde das pessoas, seja de origem física ou mental. Esse fato o torna um agente causador não apenas de desconforto acústico, de interferências em diversas atividades das pessoas (trabalho, lazer, sono), ou de impactos sociais e econômicos, mas também, um importante problema de saúde pública (BERGLUND; LINDVALL; SCHWELA, 1999; KANG, 2007; KASSOMENOS; VOGIATZIS; COELHO, 2014).
Entre os aspectos negativos que o ruído pode causar ao homem, destacam-se: a perda temporária ou permanente da audição, doenças cardíacas, estresse, aborrecimento, distração, distúrbio no sono, hipertensão, redução da produtividade e aprendizagem, além de outros malefícios que afetam grande quantidade de pessoas em exposição sonora (HAMMER; SWINBURN; NEITZEL, 2014).
Por conta disso, o monitoramento da exposição ao ruído e seu controle estão entre as principais preocupações dos cidadãos, políticos, órgãos de administração e comunidade técnica - científica (LICITRA, 2013, p. ix). Porém, sua avaliação se mostra uma tarefa muito complexa diante do caráter difuso que as fontes sonoras se apresentam nas cidades. Além disso, o processo de avaliação exige conhecimentos de diferentes disciplinas, como: acústica, fisiologia, sociologia, psicologia e estatística (KANG, 2007, p. 21).
O ruído do tráfego veicular ao longo de sua trajetória ao ar livre sofre inúmeras influências diante da distância entre fonte e receptor, das atenuações do solo e do ar, das condições atmosféricas, dos aspectos físicos das vias e de seu entorno - perfil transversal, declividade, tipo de pavimento, forma urbana, da presença de barreiras e reflexões em superfícies (KANG, 2007; GUEDES; BERTOLI; ZANNIN, 2011), além de estar diretamente correlacionado com o fluxo, composição e velocidade dos veículos em circulação (ALVES FILHO, 1997).
Em áreas inseridas no perímetro urbano, conforme já mencionado, esse tipo de ruído é influenciado ainda pelas instabilidades no trânsito causadas pelas acelerações e desacelerações dos veículos em circulação nas malhas viárias, constituídas por diversos elementos ou equipamentos urbanos, quais sejam: interseções ou cruzamentos, rotatórias, redutores de velocidade, pontos de ônibus, e da interferência devido à conduta dos motoristas.
Por isso, a relevância no desenvolvimento de ferramentas e técnicas que contemplem alguns dos fatores de influência supracitados com vistas a uma melhor avaliação
do ruído do tráfego veicular, a exemplo do mapeamento acústico e modelos de predição. Ressalta-se que nos últimos anos tais ferramentas e técnicas têm ganhado forte impulso, resultando em diversas pesquisas (ASENSIO et al, 2009; ARANA et al, 2010; WANG; KANG, 2011; GUEDES; BERTOLI; ZANNIN, 2011; SUAREZ; BARROS, 2014; CAI et al, 2015, entre outras).
Pelo exposto, esta pesquisa de doutorado se mostra relevante tanto no âmbito socioeconômico quanto na saúde, uma vez que contribuirá com a proposição de uma ferramenta para predição do ruído do tráfego veicular urbano no entorno próximo de pontos de ônibus, possibilitando aos agentes envolvidos com o controle de ruído, transporte público e trânsito nas cidades, a adequada avaliação dos impactos sonoros decorrentes desses importantes elementos urbanos.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Investigar de que maneira a dinâmica operacional em pontos de ônibus influencia no ruído do tráfego veicular urbano.
1.2.2 Objetivos específicos
(i) Desenvolver um modelo probabilístico para predição do ruído do tráfego veicular, que possibilite o cálculo de descritores acústicos e a escuta do ruído simulado.
(ii) Aplicar o modelo probabilístico em avaliações de impacto sonoro do tráfego veicular em vias urbanas com presença de ponto de ônibus.
(iii) Verificar o potencial do modelo computacional proposto quanto ao realismo da escuta do ruído simulado.
1.3 Estrutura da tese
Para um melhor delineamento e compreensão do conteúdo do texto, esta tese de doutorado foi estruturada no seguinte formato:
Capítulo 1 – INTRODUÇÃO. Apresenta uma breve contextualização sobre a temática central desta pesquisa e suas inter-relações com outras relevantes questões urbanas presentes no dia a dia dos cidadãos: A poluição sonora, o transporte de pessoas e o trânsito nas cidades. Em seguida, é mostrada a questão de pesquisa e o processo para sua definição, a
hipótese principal, os objetivos, a justificativa/relevância para a realização desta pesquisa de doutorado e, por fim, a sua estruturação para melhor organização e compreensão.
Capítulo 2 – RUÍDO DO TRÁFEGO VEICULAR. Aborda aspectos gerais sobre transporte público e o trânsito nas cidades, e revisão de literatura sobre ruído do tráfego veicular, contemplando os seguintes aspectos: contextualização do tema, principais fatores de influência e ferramentas de avaliação (mapeamento acústico e modelos de predição de ruído).
Capítulo 3 – MODELAGEM E SIMULAÇÕES. Contempla uma fundamentação teórica com informações gerais sobre técnicas de modelagem e simulação que foram utilizadas no desenvolvimento desta pesquisa, contemplando aspectos conceituais sobre modelo e simulação, variáveis aleatórias e distribuições de probabilidade e por fim, descrição do método de simulação de Monte Carlo.
Capítulo 4 – MÉTODO DA PESQUISA. Este capítulo tem como objetivo apresentar os materiais e procedimentos metodológicos adotadas na pesquisa. Portanto, são descritos os objetos de estudo (Pontos de ônibus “A” e “B”), as etapas de desenvolvimento do modelo computacional proposto e as formas de avaliação dos resultados obtidos nesta pesquisa.
Capítulo 5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES. Apresenta os resultados do processo de validação do modelo computacional, bem como os resultados e discussões dos experimentos de simulações realizados para responder aos objetivos e a questão de pesquisa: De que maneira a dinâmica operacional em pontos de ônibus influencia os níveis de ruído do tráfego veicular em áreas urbanas?
Capítulo 6 – CONCLUSÕES. Este capítulo elenca as contribuições e conclusões mais relevantes obtidas pela presente tese de doutorado com vistas a responder os objetivos estabelecidos inicialmente, bem como descreve as principais características, restrições e simplificações do modelo computacional desenvolvido, além de sugestões para trabalhos futuros originados a partir dos recortes e delimitações realizados ao longo da pesquisa.
Ao final desse manuscrito são apresentadas as referências que serviram de base para a elaboração da revisão da literatura e de fundamentação teórica para o desenvolvimento do modelo computacional proposto nesta tese de doutorado, sendo acompanhadas pela lista de apêndices.
Capítulo 2
RUÍDO DO TRÁFEGO VEICULAR
2.1 Considerações iniciais
Inicialmente, este capítulo discorre sobre a temática, transporte público e o trânsito nas cidades. Em seguida, apresenta conteúdo referente a “Pontos de ônibus”, que são componentes essenciais no sistema de transporte público coletivo por ônibus e objeto de estudo desta pesquisa. Na sequência, é realizada uma revisão de literatura sobre o ruído do tráfego veicular, contemplando aspectos conceituais, suas principais características e fatores de influência, além dos seus diversos impactos negativos às pessoas. Por fim, traz informações e referências de estudo para diferentes subtemas de pesquisa sobre ruído do tráfego veicular, com ênfase aos subtemas referentes às ferramentas de avaliação de ruído, quais sejam: mapeamento acústico e modelo de predição do ruído do tráfego veicular.
2.2 Transporte público e o trânsito nas cidades
Segundo Ibarra-Rojas et al (2015, p.39), “(...) o transporte público é considerado uma importante espinha dorsal do desenvolvimento urbano sustentável, uma vez que deve permitir movimentos mais eficientes em toda a cidade”. Entretanto, os mesmos autores alertam que a rápida urbanização tem prejudicado o alcance do tão almejado desenvolvimento orgânico e planejado das cidades, que convivem diariamente com inúmeros problemas, a exemplo dos longos tempos de deslocamentos, dos congestionamentos e acidentes no trânsito, da poluição sonora e atmosférica, entre outros.
Segundo De Castilho (1997, p.1), o grande crescimento populacional, a expansão urbana e a intensificação das atividades econômicas com o consequente aumento do poder aquisitivo pelas pessoas são as principais causas do aumento da demanda por transporte público urbano nos países em desenvolvimento. Afirma ainda que esta crescente demanda por transporte público traz uma série de preocupações relacionadas com a capacidade e operação do sistema de transporte, restrições orçamentárias, que dificultam a implantação de transporte de massa mais sofisticado, além dos impactos ambientais já citados no parágrafo anterior.
As maiores distâncias entre centros urbanos e periferia, fruto do desordenado processo de urbanização, têm contribuído para o surgimento dos corredores de transporte urbano, com predomínio dos ônibus como modo de transporte, devido ao seu baixo custo de implantação e maior flexibilidade. Por outro lado, nos sistemas tradicionais de operação de ônibus, ou seja, sem os corredores exclusivos para ônibus, o mesmo espaço viário é compartilhado pelos ônibus e outros veículos, o que limita a capacidade de transporte, além de aumentar os custos operacionais e emissões de poluentes (DE CASTILHO, 1997, p. 2).
No que se refere especificamente ao sistema de tráfego, o volume (ou fluxo), a velocidade e a densidade de tráfego representam as principais grandezas relacionadas com as condições dinâmicas do trânsito em determinada via (DNIT, 2006, p.63).
O volume ou fluxo de tráfego é definido como sendo a razão da quantidade de veículos que cruza uma determinada seção de uma via (ou de uma dada faixa) por unidade de tempo, geralmente expresso em termos de veículos/dia ou veículos/hora (DNIT, 2006, p.63). Enquanto que a densidade do tráfego consiste no número de veículos por unidade de comprimento de via, podendo ser calculada pela razão entre o fluxo veicular e a velocidade média em certo trecho de via (DNIT, 2006, p.81).
A relação entre essas grandezas fundamentais do tráfego influencia nas condições de trânsito, que pode ser classificado em trânsito livre, sincronizado ou congestionado. De acordo com Santos (2008, p. 23), o trânsito livre está associado a menores densidades veiculares. Neste estado, os veículos podem atingir a velocidade máxima da via com maior probabilidade. No ponto de vista de modelagem e simulação tal situação se mostra mais simples.
O trânsito sincronizado ocorre quando a capacidade da via foi alcançada ou se aproxima disso. Os veículos transitam com velocidade tipicamente constante. Já o trânsito congestionado, o fluxo veicular ocorre de forma lenta em virtude da baixa velocidade ou até mesmo nula, situações que são comuns quando o número de veículos supera a capacidade máxima da via, ou devido à ocorrência de algum evento (por exemplo, acidente). O fenômeno característico do trânsito congestionado é o stop–and–go (SANTOS, 2008, p.23).
Ainda segundo Santos (2008, p. 23), a passagem de um estado de trânsito para outro (livre – sincronizado – congestionado) em determinados trechos de uma via pode ocorrer suavemente ao longo do dia, em intervalos de tempo não muito grandes. Nesta
transição não há um limite bem definido entre eles, podendo existir, portanto, alguns desses estados de trânsito ao longo de diferentes trechos de uma mesma via.
Embora existam esses três tipos de estados, o trânsito nas áreas urbanas se mostra tipicamente congestionado ou interrompido, resultante das constantes desacelerações e acelerações provocadas pelos diversos elementos e/ou equipamentos que interferem no fluxo dos veículos e no desempenho do sistema como um todo.
Os pontos de ônibus, cruzamentos, semáforos, lombadas, faixas de pedestres são exemplos desses elementos presentes no trânsito nas cidades. Como o escopo desta pesquisa se concentra na influência de pontos de ônibus no ruído do tráfego veicular urbano, a seguir são apresentadas informações gerais sobre esse tipo de equipamento urbano.
Segundo Ferraz e Torres (2004, p. 235), de uma forma genérica os pontos de parada são os locais de embarque e desembarque de ônibus ou bondes posicionados nos passeios públicos. A Associação Nacional de Transportes Públicos (ANTP) cita que os pontos de parada são de grande relevância para o serviço de transporte público urbano, sendo o primeiro contato físico do usuário com a rede de transporte. Esses equipamentos urbanos necessitam de especial atenção por parte dos gestores no que se refere aos aspectos de localização e espaçamento, pois podem influenciar diretamente no desempenho e custos da operação do sistema (ANTP, 1997, p. 150).
O espaçamento entre os pontos de parada interfere na velocidade de operação desejada para os ônibus ao longo do trajeto e para sua definição é preciso se ater às questões de acessibilidade, concentração de usuários na parada e o tempo de serviço para o embarque e desembarque (FERRAZ; TORRES, 2004, p.241).
Por motivos de segurança e racionalidade, os pontos de parada de ônibus não devem ser localizados em curvas, superfícies muito inclinadas, em frente às garagens e nem muito próximo a cruzamentos, devendo ser preferencialmente posicionados no meio do quarteirão, para minimizar eventuais conflitos entre veículos e pedestres (FERRAZ; TORRES, 2004, p. 242).
Os pontos de parada de ônibus podem ainda ser posicionados ao longo da própria guia da via (posição normal), ou recuados em baias ou em guia avançada, cujo critério de definição deve considerar aspectos, como: a fluidez do trânsito, o número de vagas de estacionamento, o conforto dos usuários durante a espera e a facilidade de retorno do ônibus
ao fluxo do trânsito (FERRAZ; TORRES, 2004, p. 244). O Quadro 1 mostra um comparativo entre essas configurações de pontos de parada com base nos aspectos supracitados.
Quadro 1 – Configurações de pontos de parada de ônibus em uma via com duas faixas de rolamento e uma de
estacionamento. Legenda: (A) melhor situação; (B) situação intermediária e (C) pior situação.
Situação Croqui Comparação
Guia em posição normal
Estacionamento do lado direito
Fluidez no trânsito: A Estacionamento de veículos: C
Conforto dos pedestres e usuários: B
Retorno dos ônibus ao fluxo de tráfego: B
Guia em posição normal
Estacionamento do lado esquerdo
Fluidez no trânsito: C Estacionamento de veículos: A
Conforto dos pedestres e usuários: B
Retorno dos ônibus ao fluxo de tráfego: A Guia recuada Estacionamento do lado esquerdo Fluidez no trânsito: A Estacionamento de veículos: A
Conforto dos pedestres e usuários: C
Retorno dos ônibus ao fluxo de tráfego: C Guia avançada Estacionamento do lado direito Fluidez no trânsito: B Estacionamento de veículos: B
Conforto dos pedestres e usuários: A
Retorno dos ônibus ao fluxo de tráfego: A
Fonte: Adaptado de Ferraz e Torres (2004, p.243).
Quanto às características geométricas dos pontos de parada, Ferraz e Torres (2004, p. 245) mostram dimensões mínimas para atendimento de ônibus com comprimento de 12 m. Nos casos em que o ponto de parada estiver no meio da quadra, tais dimensões são: 8 m para acomodação de entrada, 6 m no trecho de saída e 12 m para o local de parada do ônibus, perfazendo um total de 26 m. Por questão de segurança, nos pontos localizados próximos aos cruzamentos ou interseções, o afastamento deverá ser de 10 m em relação ao alinhamento das edificações localizadas na via perpendicular à linha de fluxo principal (Figura 1).
Figura 1 – Posicionamento e dimensões dos pontos de parada próximos a cruzamentos: a) Antes do
cruzamento e b) Depois do cruzamento.
(a)
(b)
Fonte: Adaptado de Ferraz e Torres (2004, p.246-247).
Com base nas informações apresentadas, percebe-se que o ponto de parada de fato representa um componente primordial no sistema de transporte público por ônibus. Além das preocupações apontadas, especialmente, quanto à segurança na travessia, comodidade dos usuários, e maior eficiência na operação do sistema, a ANTP (1997, p. 150) cita ainda algumas outras recomendações durante a implantação de pontos de parada de ônibus, tais como:
(i) Em vias expressas ou de alta velocidade, colocar baias nas paradas de ônibus e prever pavimento rígido próximo aos pontos em situações de volume grande de coletivos.
(ii) Prever cobertura no ponto de parada para proteção contra intempéries, além de pavimentação e iluminação da calçada.
(iii) Dimensionar o ponto de parada para a demanda máxima prevista do local, e considerar soluções modulares que favoreçam a implantação agrupada dos pontos de parada.
(iv) Prover o ponto de parada com informações do sistema de transporte (linhas de ônibus locais) e outros informativos de interesse da população.
Por fim, esta pesquisa aborda outra preocupação que deveria ser agregada ao elenco de itens apresentados acima quando da implantação de pontos de ônibus em espaços urbanos. Tal preocupação refere-se ao impacto sonoro da dinâmica operacional dos pontos de parada de ônibus no seu entorno, especialmente, constituído por edificações que possuam atividades sensíveis ao ruído.
Neste sentido, esta tese de doutorado busca contribuir com a proposição de um modelo computacional para predição do ruído do tráfego na vizinhança de pontos de ônibus, a fim de fornecer aos envolvidos com o controle de ruído, transporte público e trânsito nas cidades uma ferramenta que contribua para avaliação de impactos sonoros desses relevantes componentes do sistema de transporte coletivo por ônibus.
2.3 Aspectos gerais sobre ruído do tráfego veicular
Atualmente, o ruído representa um dos principais agentes poluidores nas cidades. A rápida expansão urbana, crescimento da população e da frota de veículos automotores, em função da priorização do seu uso como forma de mobilidade urbana têm contribuído para a posição destaque do ruído do tráfego veicular em relação às demais fontes de poluição sonora, fato que é corroborado por diversas referências científicas (SINGAL, 2005; GUEDES; BERTOLI; ZANNIN, 2011; ZANNIN; DE SANT’ANA, 2011; DINTRANS; PRÉNDEZ, 2013; LICITRA, 2013; CAI et al, 2015).
O ruído além de provocar desconforto, interferências em diferentes atividades do cotidiano das pessoas (trabalho, lazer, sono, entre outras) e impactos socioeconômicos, é responsável ainda por inúmeros efeitos nocivos à saúde (físico e/ou psicológico), por exemplo, perda temporária ou permanente da audição, doenças cardiovasculares, alterações hormonais, estresse e irritação, entre outros (KANG, 2007; HAMMER; SWINBURN; NEITZEL, 2014).
Por conta desse cenário preocupante, muitas pesquisas têm sido realizadas com o interesse de se investigar a problemática do ruído do tráfego veicular em seus diferentes
aspectos. Diversos são os esforços para o controle do ruído nas cidades, a partir de medidas que visam investigar suas causas e efeitos, ou por meio da avaliação acústica de uma região.
Nos últimos anos, especialmente após a entrada em vigor da Diretiva Europeia 2002/49/CE3, muitas dessas pesquisas têm avaliado o ruído urbano com a aplicação de mapas acústicos (ou de ruído), elaborados por meio de medições sistemáticas de descritores acústicos, modelagem matemática/computacional, ou ainda com o uso de softwares comerciais para predição do ruído (ASENSIO et al, 2009; ARANA et al, 2010; WANG; KANG, 2011; AVSAR; GUMUS, 2011; SOUZA; GIUNTA, 2011; GUEDES; BERTOLI; ZANNIN, 2011; ZANNIN; DE SANT’ANA, 2011; SUAREZ; BARROS, 2014; CAI et al, 2015; FIEDLER; ZANNIN, 2015a).
O ruído do tráfego veicular urbano sofre influência de aspectos físicos das vias (perfis de ruas, gradiente e largura das pistas, tipo de pavimento), do fluxo, composição e velocidades dos veículos em circulação, das condições meteorológicas (vento, temperatura e umidade do ar) (KANG, 2007; GUEDES; BERTOLI; ZANNIN, 2011), além das instabilidades do trânsito decorrentes das frenagens e acelerações dos veículos diante da presença de cruzamento semaforizado ou não, rotatórias, lombadas, pontos de ônibus, e própria postura dos motoristas (PICAUT; BÉRENGIER; ROUSSEAU, 2005; ABO-QUDAIS; ALHIARY, 2007; LI et al, 2011; CAI; LI; LIU, 2011; WANG; CAI; ZOU, 2012).
A depender da velocidade e do fluxo de veículos, o ruído pode ser proveniente do motor/escapamento, quando os mesmos estão trafegando com velocidades baixas, da interação pneu/pavimento, ou ainda de aspectos aerodinâmicos, nas situações com velocidades médias e altas, respectivamente (LICITRA, 2013).
O fenômeno do ruído do tráfego veicular urbano ganha ainda maior complexidade diante das características aleatórias decorrentes de diversos fatores já mencionados. Algumas pesquisas (RADWAN; OLDHAM, 1987; LAM; TAM, 1998; ALIMOHAMMADI et al, 2005; RAMIREZ; RODRIGUEZ, 2013) têm mostrado que a consideração de aspectos aleatórios em ferramentas de avaliação, especialmente, em modelos de predição de ruído pode contribuir para um melhor diagnóstico e avaliação do ruído do tráfego veicular urbano.
3
A Diretiva Europeia 2002/49/CE tornou obrigatória na Europa a elaboração de mapas estratégicos de ruído para aglomerações urbanas com mais de 250 mil habitantes. Tal diretiva tem como proposta central definir uma abordagem comum para evitar, prevenir ou reduzir os efeitos prejudiciais da exposição ao ruído ambiental nos Estados - Membros Europeus (PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHO, 2002).
Ressalta-se que o mapeamento sistemático de literatura realizado nesta tese evidenciou predomínio nos últimos anos de pesquisas acadêmicas sobre mapeamento acústico e modelagem e simulações, resultado que já era esperado devido ao incentivo da Diretiva Europeia 2002/49/CE e dos recentes avanços tecnológicos e computacionais (GUEDES; BERTOLI, 2015).
Este mapeamento sistemático de literatura propiciou ainda a identificação de alguns outros subtemas de pesquisa, com abordagens e focos diferenciados sobre a temática do ruído do tráfego veicular, como por exemplo:
(i) Controle do ruído no próprio veículo ou interação pneu/pavimento (BRAVO; IBARRA; COBO, 2013; LIAO et al, 2014; MAK; HUNG, 2014). (ii) Propagação sonora ao ar livre em ruas urbanas4 (ONAGA; RINDEL, 2007; CIANFRINI; CORCIONE; FONTANA, 2007; LI; LAW; KWOK, 2008; LIU et al, 2010; SAMARA; TSITSONI, 2011; GUARNACCIA; QUARTIERI, 2012; VAN RENTERGHEM et al, 2012; OSHIMA; II, 2013).
(iii) Efeitos adversos na saúde física e psicológica das pessoas (MARKS; GRIEFAHN, 2007; NOTBOHM et al, 2013; PAUNOVIŠ; BELOJEVIŠ; JAKOVLJEVIŠ, 2013).
(iv) Impactos socioeconômicos (BLANCO; FLINDELL, 2011; NAISH; TAN; DEMIRBILEK, 2012).
(v) Soundscape5
(NILSSON et al, 2009; COENSEL; VANWETSWINKEL; BOTTELDOOREN, 2011; RÅDSTEN-EKMAN; AXELSSON; NILSSON, 2013).
Em referência às pesquisas sobre Soundscape, seus enfoques estão relacionados com a influência do efeito mascaramento no ruído do tráfego veicular por sons mais agradáveis (fontes de águas, chafarizes) presentes nos espaços urbanos abertos (praças e parques). As pesquisas sobre Soundscape envolvem, geralmente, avaliações objetivas (medições e análises por meio de descritores acústicos) e subjetivas para análise da percepção
4 Estudos associados ao entendimento dos fenômenos acústicos envolvidos (reflexão, espalhamento e difração) e
influências das superfícies e obstáculos – forma urbana, vegetação, barreiras acústicas.
5 Soundscape (ou paisagem sonora) – Terminologias que descrevem a relação entre o ambiente sonoro e o
indivíduo, levando-se em conta todos os tipos de interações entre o espaço, o som e os seres humanos (PAPADIMITRIOU et al, 2009). Referem-se à maneira como o ambiente circundante é percebido pelas pessoas, envolvendo aspectos físicos, sociais, culturais, psicológicos e arquitetônicos (KANG, 2007).
sonora nas pessoas (aplicação de questionários). Ou ainda, com base em testes psicoacústicos em laboratórios ou in loco (Realidade virtual e auralização), tais como: FIEBIG; GUIDATI; GENUIT, 2009; NILSSON et al, 2011; THOMAS et al, 2012; RUOTOLO et al, 2013.
A realização de avaliações subjetivas do ruído do tráfego veicular por meio de testes auditivos tem sido outra abordagem adotada em recentes pesquisas (MAILLARD; JAGLA, 2012; MAILLARD; JAGLA, 2013). Maillard e Jagla (2012) destacam que a escuta do ruído do tráfego veicular ganhou muito interesse por parte dos planejadores urbanos como ferramenta de avaliação, representando uma alternativa ao uso de indicadores ou parâmetros acústicos nas análises do impacto desse tipo de ruído em ambientes urbanos.
Na próxima subseção será apresentada uma revisão de literatura, contendo aspectos abordados na comunidade internacional sobre as principais ferramentas de avaliação do ruído do tráfego veicular, ou seja, mapeamento acústico e modelos para predição acústica. 2.4 Ferramentas de avaliação do ruído do tráfego veicular
A avaliação do ruído ambiental consiste em uma tarefa complexa, tendo em vista a sua natureza aleatória e aos diversos fatores de influência que o mesmo sofre durante a sua propagação ao ar livre, demonstrada por suas oscilações de energia ao longo do tempo. Nesse sentido, Murgel (2007) cita a importância de se utilizar parâmetros ou descritores acústicos que possam indicar o valor médio, bem como caracterizar suas flutuações sonoras e a magnitude do impacto causado pelo ruído em determinada localidade.
Os principais descritores acústicos usados em avaliações de ruído do tráfego veicular são listados e comentados na próxima subseção, e em seguida, são abordadas as principais ferramentas de avaliação de ruído: mapeamento acústico e modelos para predição acústica.
2.4.1 Descritores acústicos
Em geral, para avaliação do ruído do tráfego veicular são usados os seguintes descritores acústicos: Nível sonoro estatístico (Ln), Nível sonoro equivalente contínuo (Leq), Nível sonoro médio dia – noite (Ldn), Nível sonoro médio dia – vespertino – noite (Lden), além do Nível de Poluição Sonora (LNP) e Índice de Ruído de Tráfego (TNI) (SINGAL, 2005; KANG, 2007).
O nível sonoro estatístico (Ln) é o valor de nível de pressão sonora que foi excedido em uma porcentagem do intervalo de tempo de observação. Ou seja, L10, L50 e L90
são os níveis excedidos de 10, 50 e 90% do tempo de medição, adotados normalmente como valores aproximados dos níveis sonoros máximo, médio e residual, respectivamente.
O nível sonoro equivalente contínuo (Leq) representa um descritor de ampla aplicação nas medições de ruído ambiental, que apresenta oscilações sonoras consideráveis ao longo do tempo. Consiste no nível de um som contínuo, que em um intervalo de tempo específico, possui a mesma energia do som medido, cujo nível varia com o tempo (ISO 1996 -1, 2003). Pode ser calculado pela Equação 1:
* ∫ ( ) + [Equação 1] Onde:
- p(t) é a pressão sonora instantânea.
- p0 é a pressão sonora de referência (20μPa). - T é o intervalo de tempo total de medição.
A partir de valores de Leq em períodos de tempo bem pequenos, pode-se calcular Leq referente ao intervalo de tempo total da medição (T) por meio da Equação 2 (KANG, 2007, p. 27).
* ∑ + [Equação 2] Onde:
- N é o número de termos de Leq.
- ti é o período de tempo referente a cada um desses termos.
Para iguais valores de ti, a Equação 2 resulta na Equação 3 (KANG, 2007, p. 28):
* ∑ + [Equação 3] Kang (2007, p.28) comenta sobre a possibilidade de se calcular o Leq por meio da Equação 4, aplicando os níveis sonoros estatísticos, L10, L50 e L90. No entanto, os níveis sonoros devem seguir uma distribuição normal no intervalo de tempo de medição.
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