Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
LUIZ VICENTE FIGUEIRA DE MELLO FILHO
MOBILIDADE URBANA: UMA CONTRIBUIÇÃO TECNOLÓGICA NO MODELAMENTO DE UMA ESTRUTURA CONCEITUAL EM AMBIENTE CIBER-FÍSICO PARA A REDUÇÃO DE CONGESTIONAMENTOS DA FROTA
CIRCULANTE NO CENTRO EXPANDIDO DA CIDADE DE SÃO PAULO VISANDO UMA PERSPECTIVA ECONÔMICA, AMBIENTAL E SOCIAL
CAMPINAS 2020
CAMPINAS 2020
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Elétrica, na área de Telecomunicações e Telemática.
Este trabalho corresponde à versão final da tese defendida pelo aluno Luiz Vicente Figueira de Mello Filho, orientada pelo Prof. Dr. Yuzo Iano. Assinatura do Orientador
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LUIZ VICENTE FIGUEIRA DE MELLO FILHO
MOBILIDADE URBANA: UMA CONTRIBUIÇÃO TECNOLÓGICA NO MODELAMENTO DE UMA ESTRUTURA CONCEITUAL EM AMBIENTE CIBER-FÍSICO PARA A REDUÇÃO DE CONGESTIONAMENTOS DA FROTA
CIRCULANTE NO CENTRO EXPANDIDO DA CIDADE DE SÃO PAULO VISANDO UMA PERSPECTIVA ECONÔMICA, AMBIENTAL E SOCIAL
COMISSÃO JULGADORA – TESE DE DOUTORADO
Candidato: Luiz Vicente Figueira de Mello Filho, RA 164472.
Data da Defesa: 17 de fevereiro de 2020.
Título da Tese: “MOBILIDADE URBANA: UMA CONTRIBUIÇÃO TECNOLÓGICA NO MODELAMENTO DE UMA ESTRUTURA CONCEITUAL EM AMBIENTE CIBER-FÍ-SICO PARA A REDUÇÃO DE CONGESTIONAMENTOS DA FROTA CIRCULANTE NO CENTRO EXPANDIDO DA CIDADE DE SÃO PAULO VISANDO UMA PERSPECTIVA ECONÔMICA, AMBIENTAL E SOCIAL”.
Prof. Dr. Yuzo Iano Dr. Rosivaldo Ferrarezi Dr. Diogo Gará Caetano
Dr. Silvio Renato Messias de Carvalho Dr. Vicente Idalberto Becerra Sablón
A ata da defesa, com as respectivas assinaturas dos membros da Comissão Julgadora, encontra-se no SIGA (Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese) e na Secretaria de Pós-Graduação da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação.
Dedico este trabalho a Deus e a minha família. Meus pais que sempre me incentivaram a estudar, a minha que-rida esposa Kátia e aos meus filhos Rafaela e Carlos Eduardo.
AGRADECIMENTOS
Agradeço inicialmente ao Prof. Yuzo Iano, que durante esta trajetória me orientou a pensar fora da “caixa”, possibilitando uma análise ampla de como a tecnologia pode influenciar na gestão da mo-bilidade urbana;
À Profa. Simone Laraia Figueira de Mello, minha querida mãe, pelas constantes revisões desta tese;
Aos professores e funcionários da FEEC;
Aos colegas do LCV pelas contribuições e palpites, desde sempre. Destacando o colega Diego Pajuelo Castro, que acompanhou, desde o início, toda a trajetória;
Ao Prof. João Carlos Gabriel, por todas as conversas de manhã, promovendo insights e pontos de vistas diferentes, além de companheiro nas publicações;
Aos alunos Murillo Tolon e Pedro Ian, ambos da geração Z, pelo suporte nas medições das vias na cidade de São Paulo por meio dos mapas via satélite.
“Importante não é ver o que ninguém nunca viu, mas sim, pensar o que ninguém nunca pensou sobre algo que todo mundo vê”
RESUMO
A mobilidade urbana é um dos grandes desafios nos centros das principais cidades pelo mundo a serem compreendidos de como se pode melhorá-lo, pois naturalmente afeta a qualidade de vida das pessoas que vivem e trabalham nestas regiões. Diante do paradoxo de como os veículos podem ser produzidos com alta eficiência e eficácia, mas o propósito deles não atende o deslocamento diário dos centros das grandes cidades em tempos de trajetos razoáveis, utiliza-se as ferramentas consa-gradas na fabricação de veículos por meio da melhoria contínua, manufatura enxuta, fluxo contínuo e teoria das restrições para balancear as opções de modalidades de transporte. Os cenários são feitos a paritr de dezessete vias, sendo dezesseis arteriais e uma expressa, delimitadas no centro expan-dido da cidade de São Paulo por intermédio dos dados oficiais de fluxo de veículos. Os cenários são analisados na promoção do desenvolvimento sustentável e na contribuição da melhoria da qua-lidade de vida dos cidadãos. Na tese é trabalhada a hipótese de que se a unidade conceitual de medição dos veículos, dada por volume ou fluxo de veículos, sendo a unidade consagrada e utili-zada, que é veículos/h, for alterada para pessoa por m²/h, as análises e os resultados são mais efe-tivos com as propostas de monitoramento. A pesquisa realizada aponta duas conclusões principais: que a alteração da métrica por meio da tecnologia no modelamento de uma estrutura conceitual de um ambiente ciber-físico, se torna balizador nas tomadas de decisão na gestão da engenharia de tráfego na cidade de São Paulo e, que os números de pessoas que se deslocam nas vias tradicionais do Plano de Avenidas, equivalem a retirar 29,5% dos automóveis por hora nos horários de pico e reduzir a emissão de gases em 64,0% proveniente dos veículos automotores, transportando o mesmo número de pessoas nas vias analisadas, sem alterar a modalidade de transporte. Há ganhos na perspectiva social devido ao estímulo de compartilhamento de veículos, sejam privados ou co-letivos; na perspectiva ambiental há reduções nas emissões de poluentes devido ao estímulo de ônibus fretado e veículos ultracompactos elétricos e compartilhados; e por último, há ganhos econômicos devido à redução dos tempos de viagem e por parte dos modais terem a cobrança variável e compartilhada nos deslocamentos das vias principais da cidade.
Palavras-chave: Mobilidade Urbana. Congestionamento. Ambiente ciber-físico. Monitoramento. Veículo.
ABSTRACT
Urban mobility is one of the major challenges in downtown cities around the world to understand as to how to improve it, as it naturally affects the quality of life of people who live and work in these regions. In view of the paradox of how vehicles can produce with high efficiency and effectiveness, but their purpose does not meet the daily commuting of the centers of large cities in times of reasonable travel. The tools used in the manufacture of vehicles have through continuous improvement, lean man-ufacturing, continuous flow and theory of restrictions to balance the options of transport modes. The scenarios analyzed to promote sustainable development and to contribute to improving the quality of life of citizens. In the thesis, the hypothesis worked out that if the conceptual unit of measurement of vehicles, given by volume or flow of vehicles, being the consecrated and used unit, which is vehicles/h, changed to person per m²/h, analyzes and results are more effective with monitoring proposals. The research carried out points to two main conclusions: that the change of the metric through technology in the structure conceptual modeling of a cyber-physical environment, becomes balancing in the deci-sion-making in the management of traffic engineering in the São Paulo city. In addition, that the num-ber of people traveling on the traditional avenues of the Plano de Avenidas is equivalent to removing 29.5% of cars per hour during peak hours and reducing gas emissions by 64.0% from motor vehicles, transporting the same number of people on the roads analyzed, without changing the mode of transport. There are gains in the social perspective due to the encouragement of vehicle sharing, whether private or collective; from an environmental perspective, there are reductions in pollutant emissions due to the stimulus of chartered buses and ultra-compact electric and shared vehicles. Lastly, there are economic gains due to the reduction in travel times and on the part of the modes have variable and shared charges when traveling on the main roads of the city.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1.1: delineamento metodológico da pesquisa ...30
Figura 2.1: produção de veículos por marca das cinco fabricantes mais representativas mundialmente ... 35
Figura 2.2: Plano de Avenidas do prefeito Prestes Maia, 1935 ...40
Figura 2.3: crescimento populacional desde o primeiro censo demográfico até a estimativa do ano de 2017...41
Figura 2.4: expansão da cidade nas décadas de 1030, 1940, 1950 e 1960 ...43
Figura 2.5: expansão da cidade nas décadas de 1070, 1980, 1990 e 2000 ...44
Figura 2.6: expansão da cidade na última década de 2010 é estagnada ...45
Figura 2.7: densidade demográfica no ano de 2014 e projeção para 2030 ...45
Figura 2.8: idade média da população no ano de 2014 e projeção para 2030 ...46
Figura 2.9: comparativo de pirâmide etária por sexo de 2010 e projetado para 2020 e 2030 de dois distritos, uma em região periférica e outro na região central ...47
Figura 2.10: organização sócio espacial da cidade ...50
Figura 2.11: fatores que interferem na mobilidade urbana ...54
Figura 2.12: variação de renda do trabalho por perfil social entre 2014 a 2019 em porcentagem ...54
Figura 2.13: viagens motorizadas e não motorizadas por faixa de renda familiar entre 2007 a 2017....54
Figura 2.14: tempo médio das viagens diárias por modalidade e renda familiar mensal ...55
Figura 2.15: índice de mobilidade por modo individual e escolaridade de 2007 a 2017...55
Figura 2.16: índice de mobilidade total por gênero de 2007 a 2017...56
Figura 2.17: as quatro variáveis para a tomada de decisão no deslocamento ...57
Figura 2.18: evolução anual de mortes na cidade de São Paulo por modalidade de transporte ...58
Figura 2.19: flutuação horária das viagens diárias por modo em 2017...60
Figura 2.20: as três variáveis no sistema de mobilidade ...60
Figura 2.21: comparativo de 40 automóveis em simulação aguardando um semáforo e a representação deles considerando apenas os 48 usuários na proporção 1,2 usuário por veículo ...61
Figura 2.22: comparativo representativo de 48 usuários em simulação aguardando um semáforo em ônibus convencional e a mesma quantidade de pessoas na proporção 1,2 usuário por automóvel ...62
Figura 2.23: comparativo representativo de 48 usuários em simulação em um único vagão de metrô e a mesma quantidade de pessoas aguardando um semáforo de bicicleta ...62
Figura 2.24: a interação dos tipos de planejamento na cidade e a interação entre eles ...65
Figura 2.25: a interação dos tipos de planejamento na cidade e os eixos de planejamentos concorrentes na década de 1920 e desta tese ...66
Figura 2.26: as quatro variáveis definidas pelo Código de Trânsito Brasileiro e a interdependência entre elas ...66
Figura 2.27: os 3E; engenharia, educação e esforço legal ...69
Figura 2.28: a interdependência entre o pilar educação com uma estrutura de sustentação ...70
Figura 2.29: a interdependência entre o pilar fiscalização com uma estrutura de sustentação ...72
Figura 2.30: a interação dos cinco objetivos de desempenho na tomada de decisão no momento do deslocamento ...74
Figura 2.31: modelamento conceitual estruturado do 3E ...75
Figura 2.32: venda de automóveis no Brasil de 2006 a 2018 em milhões de unidade ...76
Figura 2.33: remessas de lucro versus investimento das matrizes na indústria automobilística ...77
Figura 2.34: comparativo por distribuição de modal das viagens internas de 2007 a 2017 em valores absolutos ...81
Figura 2.35: comparativo por distribuição das viagens internas de 2007 a 2017 em porcentagem de crescimento ou queda por modal analisado ...82
Figura 2.36: quantidade de veículos registrados na base do DETRAN – SP ...84
Figura 3.1: a evolução das sociedades ...87
Figura 3.2: as revoluções industriais e a evolução dos computadores em cada período ...89
Figura 3.3: tecnologias de relevância que afetaram a mobilidade urbana por meio da ITS ...90
Figura 3.4: a evolução dos ambientes web de 1995 a 2020 ...91
Figura 3.5: as demandas de mercado em função das necessidades dos clientes de acordo com as gera-ções Baby boomers, Boomers, X, Y e Z ...92
Figura 3.6: comparativo das dez empresas mais valorizadas em 2018 e 2008 ...93
Figura 3.7: exemplo de visão de ambiente ciber-físico por um engenheiro de rede ...93
Figura 3.8: exemplo de visão de ambiente ciber-físico por um designer de rede ...96
Figura 3.9: exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico ...96
Figura 3.10: exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico voltado a ciber-segurança ...97
Figura 3.11: ambiente ciber-físico, local que gera valor e são feitas as simulações antes da opera-ção...97
Figura 3.12: ambiente físico, local que são aplicadas as tomadas de decisão na gestão do ambiente
ciber-físico por meio dos dispositivos e sensores estrategicamente instalados fisicamente ...98
Figura 3.13: exemplo de visão de gestão de rede como ambiente ciber-físico com foco no Data Center ou Nuvem do produto ...99
Figura 3.14: quatro formas para se agregar valor a partir dos conceitos de ambiente ciber-físico, carac-terizadas como IoT comercial, de infraestrutura, industrial e de consumo ...100
Figura 3.15: exemplo de um modelamento de estrutura conceitual voltado à mobilidade urbana...101
Figura 3.16: condução de pelotão em outro formato de ambiente ciber-físico ...102
Figura 3.17: imagem esquemática de como o sensor LiDAR atua ...122
Figura 3.18: câmera térmica ...124
Figura 3.19: via com placa de flexão conjugado com laço indutivo no formato de quadrado ...126
Figura 3.20: formas para medição de gases poluentes por sensoriamento remoto ...132
Figura 3.21: dados levantados após a coleta de 13 anos de monitoramento remoto para as emissões de NOx em veículos movidos a gasolina (GSL) e óleo Diesel ...132
Figura 3.22: dados levantados pelo Programa TRUE ...134
Figura 4.1: espaçamento entre dois veículos, E = 5,5 m e comprimento do veículo c = 5,0 m ...138
Figura 4.2: relação entre extensão e velocidade em seção A ...138
Figura 4.3: modelo linear de Greenshields, equação 7...140
Figura 4.4: relação Fluxo versus Densidade ...141
Figura 4.5: relação Fluxo versus Velocidade ...142
Figura 4.6: grupo semafórico de acordo com o estágio ...144
Figura 4.7: desenho esquemático do cruzamento com as definições d1 e d2 ...146
Figura 4.8: fluxo de veículos por hora ...147
Figura 4.9: diagrama de operação ideal no ciclo semafórico ...147
Figura 4.10: diagrama de operação real no ciclo semafórico ...148
Figura 4.11: histograma de coleta real de veículos por passagem no semafórico ...148
Figura 4.12: exemplo circular de um ciclo semafórico envolvendo duas ruas, rua V e rua H ...150
Figura 4.13: níveis de serviço HCM 2010 ...155
Figura 4.14: distância por desenho esquemático entre dois carros de passeio no nível de serviço F...156
Figura 4.15: comparativo de VSM com oportunidades de melhoria e VSM ajustado para se ter o fluxo contínuo ...162
Figura 4.16: comparativo na unidade de medição de uma linha de produção na indústria da mobilidade com uma via na engenharia de tráfego. Adaptado da fonte ...165
Figura 4.17: mapeamento da mobilidade urbana ...166
Figura 4.18: conceitos de produção empurrada e puxada associado com o gráfico fluxo e veloci-dade...167
Figura 5.1: restrições na circulação de veículos ...169
Figura 5.2: pedágio por cordão, sendo que a letra A representa a área fora do perímetro pedagiado e B1 a área pedagiada ...170
Figura 5.3: pedágio por zona, sendo que a letra A representa a área fora do perímetro pedagiado e B1 a área pedagiada ...171
Figura 5.4: pedágio por rede ou contínuo ...171
Figura 5.5: restrições gradativas no centro de Londres ...174
Figura 5.6: mapa do centro expandido da cidade de São Paulo ...175
Figura 5.7: número de inspeções até a conformidade no ano de 2011 ...186
Figura 5.8: avanços na emissão de poluentes automotivos pelo mundo e metas para 2025...187
Figura 5.9: mapa europeu com os países e principais cidades que adotaram o LEZ e baniram os veículos de ciclo Diesel...190
Figura 6.1: configuração três faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na esquerda ...195
Figura 6.2: Av. Nove de Julho e Cidade Jardim ...196
Figura 6.3: Rua da Consolação, Av. Rebouças e Av. Eusébio Matoso ...197
Figura 6.4: Rua Guaicurus, Rua Carlos Vicari, Av. Francisco Matarazzo, Av. General Olimpio da Sil-veira e Av. São João ...198
Figura 6.5: configuração três faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita ...200
Figura 6.6: Av. Paulo VI, Av. Sumaré e Av. Antártica ...201
Figura 6.7: Av. do Estado, Av. Cruzeiro do Sul e Av. General Ataliba Leonel ...202
Figura 6.8: configuração quatro faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na esquerda ...203
Figura 6.9: Av. Rio Branco, Av. Rudge Ramos e Av. Braz Leme ...204
Figura 6.10: configuração quatro faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita ...205
Figura 6.11: Rótula Central ...206
Figura 6.12: Rótula Intermediária – parcial, que contempla a Av. Paulista ...207
Figura 6.13: Rótula Intermediária – parcial, que contempla a Av. Brasil ...208
Figura 6.14: Av. Brigadeiro Faria Lima, Rua Joaquim Floriano, Praça Dom Gastão Liberal Pinto e Av. Brigadeiro Luís Antonio ...209
Figura 6.15: Av. dos Bandeirantes, Av. Affonso Descragnolle Taunay, Complexo Viário Maria Maluf, Av. Presidente Tancredo Neves e Complexo Viário Escola de Engenharia Mackenzie ...210
Figura 6.16: configuração cinco faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita ...211
Figura 6.17: Radial Leste ...212
Figura 6.18: Av. Vinte e Três de Maio, Av. Pedro Álvares Cabral, Av. Rubem Berta, Av. Moreira Guimarães e Av. Washington Luís ...213
Figura 6.19: Av. Dom Pedro I, Av. Dr. Ricardo Jafet, Av. Prof. Abraão de Morais ...214
Figura 6.20: Av. Bernardino de Campos, Av. Prof. Noe de Azevedo, Rua Domingos de Morais, Av. Jabaquara e Av. Dr. Hugo Beolchi ...215
Figura 6.21: configuração de seis faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita ...216
Figura 6.22: Av. Salim Farah Maluf, Av. Prof. Luiz Ignácio Anhaia Mello e Av. Juntas Provisórias ...217
Figura 6.23: configuração de oito faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita ...218
Figura 6.24: Av. Prestes Maia, Av. Tiradentes, Av. Santos Dumont e Av. Zaki Narchi ...220
Figura 6.25: faixas em comum nas dezessete vias analisadas ...221
Figura 6.26: proporcionalidade dos modais enfileirados em faixas das avenidas avaliadas ...225
Figura 6.27: proposta de configuração de três faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus, com o cenário de inclusão de 50,00% de automóveis ultracompactos compartilhados ...232
Figura 6.28: proposta de configuração de quatro faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus, com o cenário de inclusão de 75,00% de automóveis ultracompactos compartilhados ...235
Figura 6.29: proposta de configuração de utilização das cinco faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita, com o cenário de inclusão de 60,00% de automóveis ultracompactos compartilhados ...238
Figura 6.30: proposta de configuração de seis faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita, com o cenário de inclusão de 66,67% de automóveis ultracompactos compartilhados ...241
Figura 6.31: proposta de configuração de oito faixas por sentido e faixa exclusiva de ônibus na direita, com o cenário de inclusão de 77,78% de automóveis ultracompactos compartilhados ...244
Figura 6.32: visão macro da proposta de ambiente ciber-físico ...249
Figura 6.33: modelamento de estrutura conceitual do ambiente ciber-físico ...250
Figura 6.34: distribuição de gerações de pessoas por modalidade de transporte ...264
Figura 6.35: distribuição de gerações de pessoas por modalidade de transporte após dez anos da pri-meira mudança nas vias ...265
Figura AN1: nomenclatura das faixas adotadas para a tese ...292
Figura AP2: imagem via satélite da Av. Brigadeiro Faria Lima com a Av. Juscelino Kubitschek na
cidade de São Paulo [260] ...294
Figura AP3: imagem via satélite da Av. Paulista na cidade de São Paulo [260] ...295
Figura AP4: imagem via satélite da Av. Salim Farah Maluf na cidade de São Paulo [260] ...295
Figura AP5: imagem via satélite da Av. Sumaré na cidade de São Paulo [260] ...296
Figura AP6: imagem via satélite da Av. dos Bandeirantes na cidade de São Paulo [260] ...296
Figura AP7: imagem via satélite da Av. Senador Queiroz na cidade de São Paulo [260] ...297
Figura AP8: imagem via satélite da Av. Alcântara Machado na cidade de São Paulo [260] ...297
Figura AP9: imagem via satélite da Av. do Estado na cidade de São Paulo [260] ...298
Figura AP10: imagem via satélite da Av. Rudge Ramos na cidade de São Paulo [260] ...298
Figura AP11: imagem via satélite da Av. Tiradentes na cidade de São Paulo [260] ...299
Figura AP12: imagem via satélite da Av. Rebouças na cidade de São Paulo [260] ...299
Figura AP13: imagem via satélite da Av. Francisco Matarazzo na cidade de São Paulo [260] ...300
Figura AP14: imagem via satélite da Av. Vinte e Três de Maio na cidade de São Paulo [260] ...300
Figura AP15: imagem via satélite da Av. Domingos de Morais na cidade de São Paulo [260] ...301
Figura AP16: imagem via satélite da Av. Nove de Julho na cidade de São Paulo [260] ...301
LISTA DE QUADROS
Quadro 2.1: tipos de transporte de acordo com a relação com o tráfego e papel na cidade ...51
Quadro 4.1: atividades que fazem parte na análise do VSM ...162
Quadro 4.2: analogia do quadro do VSM com a engenharia de tráfego ...165
LISTA DE TABELAS Tabela 2.1: comparativo do tipo de transporte em relação às gramas equivalentes por petróleo para mover 1 passageiro por m² ...64
Tabela 2.2: largura das faixas determinadas pela Resolução 236 de 2007 ...68
Tabela 2.3: dimensões de automóveis ultracompactos encontrados mundialmente ...78
Tabela 2.4: automóveis utilizados no ensaio da figura 2.21 ...79
Tabela 2.5: comparativo frota da cidade de São Paulo referente ao número de veículos cadastrado no DETRAN – SP e que fizeram inspeção ambiental veicular no mesmo período ...83
Tabela 4.1: tempos de amarelo de acordo com os limites de velocidade ...145
Tabela 4.2: valores obtidos para c = 5 m e V = 60 km/h ...146
Tabela 4.3: relação do tempo de ciclo e o tempo total de entreverdes e uma hora ...151
Tabela 4.4: valores estimados do fluxo de saturação, por faixa de rolamento ...153
Tabela 4.5: nível de serviço HCM 2010 para tráfego ininterrupto, vias expressas ...155
Tabela 5.1: índices de não aprovação na primeira inspeção nos anos de 2010 e 2012 ...186
Tabela 5.2: fatores de emissão de veículos flex no Brasil e g/km ...192
Tabela 6.1: medidas de largura em metros coletadas na Av. Rebouças, Av. Francisco Matarazzo e na Av. Nove de Julho ...195
Tabela 6.2: dados medidos no ponto 3, sentido centro – bairro, no período de 10/11/2017 a 23/11/2017 da Av. Cidade Jardim ...196
Tabela 6.3: dados medidos no ponto 4, sentido centro – bairro, no período de 10/11/2017 a 23/11/2017 do Túnel Max Feffer ...197
Tabela 6.4: dados medidos no ponto 3, sentido centro – bairro, no período de 12/04/2017 a 31/05/2017 da Av. Eusébio Matoso ...198
Tabela 6.5: dados medidos no ponto 3, sentido centro – bairro, no período de 21/02/2017 a 06/03/2017 da Av. Francisco Matarazzo ...199 Tabela 6.6: medidas de largura em metros coletadas na Av. Sumaré e na Av. do Estado ...200 Tabela 6.7: dados medidos no ponto 3, sentido horário, no período de 22/08/2016 a 26/08/2016 da Av. Antártica ...201 Tabela 6.8: dados medidos no ponto 1, sentido horário, no período de 31/08/2017 a 04/10/2017 na Av. do Estado ...202 Tabela 6.9: medidas de largura em metros coletada na Av. Rudge Ramos ...203 Tabela 6.10: dados medidos no ponto 2, sentido centro – bairro, no período de 04/12/2017 a 12/12/2017 da Av. Rudge Ramos ...204 Tabela 6.11: medidas de largura em metros coletada nas Av. Brasil, Av. Brigadeiro Faria Lima, Av. dos Bandeirantes, Av. Paulista e Av. Senador Queiroz ...206 Tabela 6.12: dados medidos no ponto 4, sentido anti-horário, pista da esquerda, no período de 10/11/2017 a 23/11/2017 da Av. Senador Queiroz ...207 Tabela 6.13: dados medidos no ponto 2, sentido horário, bairro Paraíso para bairro Perdizes, no período de 17/05/2017 a 27/06/2017 da Av. Paulista ...208 Tabela 6.14: dados medidos no ponto 3, sentido anti-horário, bairro Pinheiros para bairro Ibirapuera, no período de 24/08/2016 a 01/09/2016 da Av. Pedro Álvares Cabral ...209 Tabela 6.15: dados medidos no ponto 2, sentido horário, no período de 20/06/2017 a 19/07/2017 da Av. Brigadeiro Faria Lima ...210 Tabela 6.16: dados medidos no ponto 4, entre R. Francisco de Paula Brito e Rua Camundó sentido anti-horário, no período de 04/05/2016 a 13/05/2016 da Av. dos Bandeirantes ...211 Tabela 6.17: medidas de largura em metros coletadas nas Alcântara Machado, Av. Vinte e Três de Maio, Rua Domingos de Morais e Av. Dr. Ricardo Jafet ...212 Tabela 6.18: dados medidos no ponto 1, sentido bairro – centro, no período de 06/04/2016 a 11/04/2016 da Radial Leste ...213 Tabela 6.19: dados medidos no ponto 2, sentido bairro – centro, no período de 11/04/2016 a 14/04/2016 da Av. Vinte e Três de Maio ...214 Tabela 6.20 dados medidos no ponto 2, sentido bairro – centro, no período de 10/10/2016 a 21/10/2016 da Av. Dr. Ricardo Jafet ...215 Tabela 6.21: dados medidos no ponto 2, sentido bairro – centro, no período de 10/10/2016 a 21/10/2016 da Rua Domingos de Morais ...216
Tabela 6.22: medidas de largura em metros coletadas na Av. Salim Farah Maluf ...217
Tabela 6.23: dados medidos no ponto 2, sentido anti-horário, no período de 11/05/2016 a 28/06/2016 da Av. Salim Farah Maluf ...218
Tabela 6.24: medidas de largura em metros coletadas na Av. Prestes Maia ...219
Tabela 6.25: dados medidos no ponto 1, sentido bairro – centro, no período de 27/09/2017 a 19/10/2017 na Av. Prestes Maia ...220
Tabela 6.26: consolidado das larguras das faixas de rolagem das dezessete vias analisadas em comum ...222
Tabela 6.27: seleção dos veículos ultracompactos com restrição da largura igual ou inferior a 1,50 m de largura ...223
Tabela 6.28: proporcionalidade entre os modais analisados ...224
Tabela 6.29: comprimento total por modal aguardando o tempo semafórico ...224
Tabela 6.30: média do número de veículos por hora que trafegaram nos três horários de pico ...227
Tabela 6.31: média do número de pessoas por hora que trafegaram nos três horários de pico ...228
Tabela 6.32: porcentagem de espaço ocupado pelos automóveis nas vias analisadas ...229
Tabela 6.33: porcentagem de espaço ocupado pelos ônibus nas vias analisadas ...230
Tabela 6.34: distribuição atual das modalidades de transporte para a configuração de três faixas por sentido ...233
Tabela 6.35: distribuição proposta das modalidades de transporte para a configuração de três faixas por sentido ...234
Tabela 6.36: automóvel equivalente e retirada equivalente em função da introdução de 50,00% de au-tomóveis ultracompactos na faixa C2e ...234
Tabela 6.37: distribuição atual das modalidades de transporte para a configuração de quatro faixas por sentido ...236
Tabela 6.38: distribuição proposta das modalidades de transporte para a configuração de cinco faixas por sentido ...237
Tabela 6.39: automóvel equivalente e retirada equivalente em função da introdução de 75,00% de au-tomóveis ultracompactos nas faixas C3e, C3e/C2e e C2e ...237
Tabela 6.40: distribuição atual das modalidades de transporte para a configuração de cinco faixas por sentido ...239
Tabela 6.41: distribuição proposta das modalidades de transporte para a configuração de seis faixas por sentido ...240
Tabela 6.42: automóvel equivalente e retirada equivalente em função da introdução de 60% de auto-móveis ultracompactos nas faixas C2e, C2e/C1e e C1e ...240 Tabela 6.43: distribuição atual das modalidades de transporte para a configuração de seis faixas por sentido ...242 Tabela 6.44: distribuição proposta das modalidades de transporte para a configuração de sete faixas por sentido ...243 Tabela 6.45: automóvel equivalente e retirada equivalente em função da introdução de 66,67% de au-tomóveis ultracompactos nas faixas C4e, C3e, C3e/C2e e C2e ...243 Tabela 6.46: distribuição atual das modalidades de transporte para a configuração de oito faixas por sentido ...244 Tabela 6.47: distribuição proposta das modalidades de transporte para a configuração de dez faixas por sentido ...245 Tabela 6.48: automóvel equivalente e retirada equivalente em função da introdução de 77,78% de au-tomóveis ultracompactos nas faixas C6e à C2e ...245 Tabela 6.49: consolidado das 17 vias utilizando o automóvel equivalente e a retirada equivalente em função da introdução dos automóveis ultracompactos ...246 Tabela 6.50: otimização das faixas exclusivas para ônibus e ganhos por via ...248 Tabela 6.51: toneladas evitadas ao rodar o equivalente à 80.000 km em frota média de fabricação 2009 em substituição dos ultracompactos ...259 Tabela 6.52: toneladas evitadas ao rodar o equivalente à 80.000 km em frota média de fabricação 2009 em substituição dos ônibus...259
LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS
3E Engineering, Education, Enforcement ou Engenharia, Educação e Fiscalização
ABC Cidades Santo André, São Bernardo do Campo, São Caetano do Sul e Diadema AMPS Advanced Mobile Phone System
ANAC Agência Nacional de Aviação Civil ANATEL Agência Nacional de Telecomunicações ASM Ensaio de Aceleração Simulada
BAR Bureau of Automotive Repair
BRT Bus Rapid Transit
CAZ Clean Air Zone
cc Unidade de medição em centímetros cúbicos
CCD Charge-Coupled Device
CDMA Code Division Multiple
CEP Controle Estatístico de Processo CET Companhia de Engenharia de Tráfego
CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
CICPAA Comissão Intermunicipal de Controle da Poluição das Águas e do Ar CIRETRAN Circunscrição Regional de Trânsito
CLP Controle Lógico Programável
CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor
CMTC Companhia Municipal de Transportes Coletivos
CO Monóxido de Carbono
CO2 Dióxido de Carbono
g.CO2/km Unidade de medição em gramas de dióxido de carbono por quilômetro
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente CONTRAN Conselho Nacional de Trânsito
CP Carro de Passeio
CPS Cyber Physics System ou Sistemas Ciber-Físicos
CVP Companhia Viação Paulista
CTB Código de Trânsito Brasileiro dB Unidade de medição em decibel DENATRAN Departamento Nacional de Trânsito DETRAN Departamento de Trânsito Estadual
DSV Departamento de Operações do Sistema Viário
ECU Unidade de Controle Eletrônica EHC Etanol Hidratado Carburante EPE Empresas de Propósito Específico
ETC Electronic Toll Collection
ETA Terminais de Acesso
FDMA Frequency Division Multiple
FCC Federal Communications Comission ou Comissão Federal de Comunicações
FEEC Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação FMUSP Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo FUNDURB Fundo Municipal de Desenvolvimento Urbano
FX Faixa de rolagem
g Unidade de medição em grama
GEIA Grupo Executivo da Indústria Automobilística
GEP/PASS-km² Gramas equivalentes por petróleo para mover 1 passageiro por quilômetro quadrado GHz Unidade de medição em gigahertz
GM General Motors
GNSS Global Navigation Satellite System
GPS Global Positioning System ou Sistema de Posicionalmento Global
GSL Gasolina
GSM Groupe Special Mobile
HCM Highway Capacity Manual
IA Inteligência Artificial
I/M Inspeção e manutenção
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis ICAO International Civil Aviation Organization
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
IoT Internet of Things ou Internet das Coisas
IPTU Imposto Predial e Territorial Urbano
IPVA Imposto sobre a Propriedade de Veículos Automotores ISSQN Imposto sobre serviços de qualquer natureza
ISV Inspeção de Segurança Veicular
ITS Intelligent Transport Systems ou Sistemas Inteligentes de Transporte
ITV Inspeção Técnica Veicular
JIT Just in time
kg Unidade de medição em quilograma
km/h Unidade de medição em quilômetro por hora
LCC London Congestion Charging
LCV Laboratório de Comunicação Visual
LED Light Emission Diodo ou Diodo Emissor de Luz
LEZ Low Emission Zone
LiDAR Light Detection And Ranging
LOS Level of Service
LTE Long Term Evolution
m Unidade de medição em metro
Mbps Megabit por segundo
mcg/m³ Unidade de medição em micrograma por metro cúbico
MIT Massachusetts Institute of Technology
MJ/km Unidade de medição em megajoule por quilômetro
MRP Manufacturing Resource Planning
MSP Município de São Paulo
NEDC New European Driving Cycle
NO2 Dióxido de Nitrogênio
NOA Núcleo e Operações Assistida NUMMI New United Motor Manufacturing
P2P Comunicação entre duas pessoas
PcD Pessoa com Deficiência
PDE Plano Diretor Estratégico
PM 2.5 Material Particulado de 2,5 micrometro
O2 Oxigênio
OBD On-Board Diagnostic
OBU On-Board Unit
OCR Optical Character Recognition
ODS Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
OI Organismo de Inspeção
OMS Organização Mundial da Saúde ONU Organização das Nações Unidas
PAN Personal Area Network
PCPV Planos de Controle de Poluição Veicular
PGT Polo Gerador de Tráfego
PROCONVE Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores RENAVAM Registro Nacional de Veículos Automotores
RFID Radio Frequency Identification
RMSP Região Metropolitana da Cidade de São Paulo
RSU Road-Side Unit
S/A Sociedade Anônima
SPC Statistical Process Control
STFC Sistema Telefônico Fixo Comutado STP Sistema Toyota de Produção
SUSAM Superintendência de Saneamento Ambiental SVMA Secretaria do Verde e Meio Ambiente TDMA Time Division Multiple Access,
TI Tecnologia da Informação
TIC Tecnologias da Informação e Comunicação
TO Tecnologia Operacional
TOC Teory of Constraints ou Teoria das Restrições
TOD Transit-Oriented Development ou Desenvolvimento Orientado ao Trânsito
TQM Total Quality Management
TRB Transportation Research Board
TRUE The Real Urban Emission Initiative
UIT União Internacional de Telecomunicações
UE User Equipment ou Equipamento do Usuário
ULEZ Ultra Low Emission Zone
US$ Bs Unidade de medição em bilhões de dólares V2I Comunicação entre veículo e infraestrutura V2N Comunicação veículo e redes da internet V2P Comunicação veículo e pessoa
V2V Comunicação entre veículos
V2X Comunicação generalizada em função do número de opções V2X-C Comunicação veículos e sinais de trânsito
VAMO Veículo Alternativo para Mobilidade
VLT Veículo Leve sob Trilho
VSM Value Stream Manufacturing ou Manufatura do Fluxo de Valor
VUC Veículo Utilitário de Carga
WCM World Class Manufacturing ou Produção de Classe Mundial
WIN Weigh In Motion ou Medição de Massa em Movimento
ZEPAMS Zonas Especiais de Proteção Ambiental
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...27 1.1 MOTIVAÇÕES E OBJETIVOS ...28 1.2 METODOLOGIA ...30 1.3 ESTRUTURA DA TESE ...32 2 A PROBLEMÁTICA DA MOBILIDADE URBANA NA CIDADE DE SÃO PAULO ...33 2.1 A ORIGEM DA PRODUÇÃO EM MASSA DO MODAL AUTOMÓVEL E OS IMPACTOS NA QUALIDADE DE VIDA DO PAULISTANO ...34 2.2 O PLANO DE AVENIDAS ...38 2.3 O CRESCIMENTO POPULACIONAL E URBANO ...41 2.3.1 As interações entre as gerações e a sociedade ... 41 2.3.2 A expansão urbana e a projeção de crescimento até 2030 ... 43 2.4 A COMPLEXIDADE DA MOBILIDADE URBANA ...47
2.4.1 A desigualdade no uso da cidade ...53 2.4.2 Tomada de decisão no deslocamento...57 2.4.3 Sistema de mobilidade ...59 2.4.4 Tipos de planejamentos ...65 2.4.4.1 A via ...67 2.4.4.2 O ser humano ...69 2.4.4.3 O veículo ...76 2.4.4.4 O meio ambiente ...80 2.4.5 A distribuição modal das viagens internas ...81 2.5 A FROTA CIRCULANTE DE VEÍCULOS E TENDÊNCIAS ...82 3 OS SISTEMAS CIBER FÍSICO COMO MEIO DE REDUÇÃO DOS CONGESTIONAMENTOS ...86 3.1 O AVANÇO DAS TECNOLOGIAS E O IMPACTO CAUSADO NA MOBILIDADE URBANA ...87
3.2 A INSERÇÃO DOS CONCEITOS DO AMBIENTE CIBER-FÍSICO NO
MONITORAMENTO REMOTO DO TRÁFEGO ...95 3.3 OS APLICATIVOS DE SMARTPHONES ASSOCIADOS À MOBILIDADE URBANA ... 103
3.3.1 Transporte mecanizado ativo ... 103 3.3.2 Transporte não mecanizado passivo ... 108 3.4 OS DISPOSITIVOS PARA O MONITORAMENTO DO TRÁFEGO ... 114 3.4.1 Identificação por rede móvel celular ... 116
3.4.2 Identificação por rádio frequência – RFID ... 118 3.4.3 Identificação por imagem – OCR ... 119 3.4.4 Identificação por GNSS ... 121 3.4.5 Identificação por sensores de detecção ... 121 3.4.6 Identificação por bluetooth associado ao OBD ... 129 3.4.7 Identificação por Imagem – OCR associado com o sensoriamento remoto por gases poluentes ... 130 4 OS CONCEITOS UTILIZADOS NA ENGENHARIA DE TRÁFEGO E NA INDÚSTRIA DA MOBILIDADE ... 135
4.1 OS CONCEITOS UTILIZADOS NA ENGENHARIA DE TRÁFEGO ... 135 4.1.1 O modelo linear de Greenshields ... 136 4.1.2 O modelo de Webster e programação semafórica ... 142 4.1.3 Níveis de serviço HCM ... 154 4.2 OS CONCEITOS UTILIZADOS NA INDÚSTRIA DA MOBILIDADE ... 156
4.2.1 O Surgimento do Sistema Toyota de Produção ... 157 4.2.2 A manufatura enxuta ... 159 4.2.3 Takt time ... 161 4.2.4 O mapeamento do fluxo de valor ou VSM ... 161 4.2.5 Teoria das Restrições ou Teory of Constraints (TOC) ... 163 4.2.6 Analogia dos conceitos da indústria da mobilidade com a engenharia de tráfego ... 164 5 AS RESTRIÇÕES DE CIRCULAÇÃO DE VEÍCULOS NAS VIAS URBANAS ... 169 5.1 RESTRIÇÕES POR PEDÁGIO URBANO ... 170 5.2 RESTRIÇÕES POR MEIO DE RODÍZIO DE VEÍCULOS ... 174 5.3 RESTRIÇÕES POR INSPEÇÃO VEICULAR ... 181 5.3.1 Inspeção veicular na cidade de São Paulo ... 183 5.3.2 Inspeção veicular pelo mundo e particularidades ... 187 5.4 RESTRIÇÕES POR IDADE DA FROTA DE VEÍCULO ... 189 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 193
6.1 FLUXO DE VEÍCULOS DAS PRINCIPAIS VIAS DO PLANO DE AVENIDAS ... 193 6.1.1 Avenida com duas faixas para o automóvel e uma exclusiva para ônibus à
esquerda da via ... 194 6.1.2 Avenida com duas faixas para o automóvel e uma exclusiva para ônibus à direita da via ... 199 6.1.3 Três faixas para o automóvel e uma faixa exclusiva para ônibus à esquerda da via ... 203
6.1.4 Três faixas para o automóvel e uma faixa exclusiva para ônibus à direita da via ... 205 6.1.5 Quatro faixas para o automóvel e uma faixa exclusiva para ônibus à direita da via ... 211 6.1.6 Cinco faixas para o automóvel e uma faixa exclusiva para ônibus à direita da via ... 216 6.1.7 Sete faixas para o automóvel e uma faixa exclusiva para ônibus à direita da via ... 218 6.2 A MUDANÇA DE MÉTRICA DE VEÍCULOS POR HORA PARA PESSOAS POR M²/H ... 221 6.2.1 Análise das faixas de rolagem e modais ... 221 6.2.2 Análise das principais vias do centro expandido da cidade de São Paulo ... 226 6.2.3 Os cenários para cada configuração de via analisada ... 231 6.2.3.1 Cenário com duas faixas de automóveis e uma faixa de ônibus ... 232 6.2.3.2 Cenário com três faixas de automóveis e uma faixa de ônibus ... 235 6.2.3.3 Cenário com quatro faixas de automóveis e uma faixa de ônibus ... 238 6.2.3.4 Cenário com cinco faixas de automóveis e uma faixa de ônibus ... 241 6.2.3.5 Cenário com sete faixas de automóveis e uma faixa de ônibus ... 243 6.2.3.6 Consolidado das vias analisadas com as propostas de novas configurações ... 246 6.3 MODELAMENTO DE ESTRUTURA CONCEITUAL DO AMBIENTE CIBER-FÍSICO ... 249 6.3.1 Processo Planejar ... 250 6.3.2 Processo Deslocar ... 251 6.3.3 Processo Chegar ... 252 6.3.4 Particularidades do ambiente ciber-físico ... 252 6.3.5 O papel da tecnologia operacional no ambiente ciber-físico ... 253 6.4 PROPOSTA DE PROJETO DE LEI PARA OPERACIONALIZAÇÃO DE FAIXAS EXCLUSIVAS DE ACORDO COM A NOVA MÉTRICA ... 254 6.5 ANÁLISE SOCIAL, AMBIENTAL E ECONÔMICA DAS PROPOSTAS ... 257 6.5.1 Análise social ... 257 6.5.2 Análise ambiental ... 258 6.5.2 Análise econômica ... 260 6.6 ESTRATÉGIAS DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE MONITORAMENTO POR MEIO DE AMBIENTE CIBER-FÍSICO ... 261 7 CONCLUSÕES ... 266 8 REFERÊNCIAS ... 271 9 APÊNDICE A – COLETA DA LARGURA DAS FAIXAS DAS VIAS ANALISADAS ... 291
1 INTRODUÇÃO
A mobilidade urbana é um dos grandes desafios nos grandes centros das principais cidades pelo mundo a serem compreendidos de como se pode melhorá-lo, pois naturalmente afeta a qualidade de vida das pessoas que vivem e trabalham nestas regiões.
O trânsito causado pela mobilidade urbana faz parte dos telejornais da manhã e nas rádios jor-nalísticas. Nos jornais impressos e digitais também são veiculadas reportagens a respeito, principal-mente quando um novo modal, nova lei ou novas definições ou alterações são publicadas, sejam pelo poder público, concessionárias de serviços públicos e empresas privadas, por transporte individual ou coletivo. É assunto em que a população dá palpite no que se deve fazer.
Alternativas se vê pelo mundo afora, desde grandiosas obras de túneis subterrâneos para a am-pliação da extensão do metrô até patinetes e monociclos circulando pelas calçadas inapropriadas.
O fato é que a população tem a necessidade de se deslocar diariamente e, quanto menos se desloca, mais atrativa fica a região, gerando altos custos de vidas para se favorecer deste privilégio nos centros das grandes cidades.
As regiões periféricas, por outro lado, têm menor custo de vida e mais oferta para a aquisição de moradia, mas em contrapartida, fica refém de um deslocamento lento a cada dia que, por fim, o consumirá anos de vida em tempo de deslocamento.
No Brasil, as cidades de maior proporção, geralmente as capitais de cada estado do país, sofrem com o tempo de deslocamento, muitas vezes por decisões tomadas há cem anos e, que até hoje, não conseguem mudar os hábitos das pessoas.
Seja por opções limitadas na escolha de como se deslocar ou falta de investimentos em trans-portes públicos de qualidade ou os dois ao mesmo tempo, principalmente pela falta de vias ferroviárias, que gradativamente foram sucateados, não havendo viagens intermunicipais, salvo, por exemplo, a re-gião metropolitana de São Paulo, mas mesmo assim, ainda sofre em função da superlotação em dias úteis.
Na cidade de São Paulo, os veículos que mais utilizam as vias públicas são os automóveis par-ticulares, que em quantidade, chegam a ter mais de 80,0% de utilização, seguido pelas motocicletas, com mais de 10%. Deste ponto, já podemos afirmar, em quantidade, que as duas modalidades repre-sentam mais de 90% de utilização nas principais vias urbanas por veículos individuais e que, geral-mente, apenas uma só pessoa está usufruindo deste deslocamento.
Primeiro o automóvel e depois a motocicleta se popularizaram com o desenvolvimento das fábricas ao longo de 110 anos de existência. Os aperfeiçoamentos produtivos chegaram ao ponto em que os gargalos foram eliminados, as restrições produtivas controladas, os desperdícios eliminados e as atividades incidentais reduzidas, de modo que os veículos começaram a sair da linha de montagem com diferença em dezenas de segundos entre eles, chamado tecnicamente de Takt Time.
Porém, desde o início da produção em massa pelo Fordismo, aperfeiçoado pelo Sistema Toyota de Produção por meio da melhoria contínua e manufatura enxuta, não foram utilizados para o propósito fim, no qual se tem o objetivo de deslocar pessoas em tempos preestabelecidos pelos limites de veloci-dade de cada via, sendo muitas vezes decorrentes de atrasos devidos aos congestionamentos. Em suma, os conceitos aprendidos por anos nas fábricas não foram aplicados quando os veículos foram para as ruas das grandes cidades, entre elas, a cidade de São Paulo.
1.1 MOTIVAÇÕES E OBJETIVOS
Diante do paradoxo de como os veículos podem ser produzidos com alta eficiência e eficácia, mas o propósito deles não atende o deslocamento diário dos centros das grandes cidades em tempos de deslocamento razoável, este foi o principal motivador na confecção desta tese.
Uma das justificativas está no fato do ambiente fabril ser controlado, no entanto, o tráfego ur-bano não. De forma simplória esta poderia ser a primeira argumentação que não é possível controlar o ambiente urbano, entretanto, ao longo dos capítulos será apresentado argumentações contrárias a esta afirmativa.
Não só o aperfeiçoamento fabril ocorreu nos últimos 110 anos; a humanidade evoluiu tecnolo-gicamente, a população mundialmente superou os sete bilhões de habitantes e as cidades mais populo-sas acompanharam este crescimento dentro de suas proporcionalidades.
No Brasil, a cidade de São Paulo, objeto de estudo, é a cidade mais complexa a níveis de des-locamento em função de sua população e as regiões que circundam a cidade, gerando uma região me-tropolitana, uma macrometrópole e uma megametrópole ao mesmo tempo.
As propostas da tese são focadas nesta cidade e tem como objetivo apresentar alternativas tecnológicas e multidisciplinares por meio de modelamento de uma estrutura conceitual em am-biente ciber-físico para a redução de congestionamentos da frota circulante no centro expandido, visando uma perspectiva econômica, ambiental e social aos usuários.
O estímulo de novas opções de modalidades compartilhadas utilizando o monitoramento dos veículos e as alternativas atuais para a mudança de hábito no deslocamento da população, no qual as gerações das pessoas têm papel fundamental, visa aumentar a fluidez de deslocamentos, iniciando pelo centro expandido da cidade de São Paulo, que delimita a área de aplicação do estudo.
Assim como o Sistema Toyota de Produção é a ferramenta consagrada no ambiente fabril, o Modelo Linear de Greenshields está para a base da engenharia de tráfego e, neste paralelo, podem ser feitas comparações e reflexões conceituais.
De forma sucinta, as ferramentas consagradas, na fabricação dos veículos por meio da melhoria contínua e manufatura enxuta, são utilizadas para balancear as opções de modais por meio de cenários na circulação nas vias arteriais e expressa, delimitados no centro expandido da cidade de São Paulo. Os cenários são analisados na promoção do desenvolvimento sustentável aos usuários e na contribuição da melhoria da qualidade de vida dos cidadãos.
Na tese é trabalhada a hipótese de que se a unidade conceitual de medição dos veículos, dada por volume ou fluxo de veículos, sendo a unidade consagrada utilizada, veículos/tempo, for alterada para pessoas/tempo, as análises e os resultados tendem a ser mais efetivos, se for considerado que o fato de deslocamento nas vias tem como princípio deslocar pessoas e não os veículos. E, se comple-mentado de que a medição de pessoas/tempo pode ser acrescida por uma determinada área de desloca-mento, por exemplo, uma proposta de unidade de medição de pessoas por m²/h.
É justificável até o presente momento não ser a unidade usual para se medir o volume ou fluxo no tráfego, pois a variável, aqui descrita como tecnologia, é fundamental na proposta para viabilizar novas formas de medição. Além disto, utilizando os conceitos de melhoria contínua e manufatura en-xuta, torna-se mais robusta as argumentações em conceitos consagrados no ambiente fabril.
Se considerarmos o transporte público por BRT, por veículo leve sob trilho, metrô e trem, a unidade de medição desde o início é dada por pessoas por tempo por sentido, normalmente utilizado pessoas por hora por sentido. Neste caso, há limitações no estudo, que são avaliados apenas os ônibus convencionais, que utilizam as vias exclusivas, mas não segregadas dos outros veículos. Os veículos que utilizam os trilhos não fazem parte do estudo, mas é coerente afirmar que influenciam diretamente na utilização das vias arteriais e expressas. E, na segunda parte da hipótese, se há faixa exclusiva para ônibus, pode se adotar como proposta as faixas exclusivas e compartilhadas para outras modalidades de transporte utilizando a tecnologia como a base do monitoramento e tomadas de decisão.
O ambiente ciber-físico propõe uma base de combinações no controle, na comunicação e com-putação da gestão de toda a infraestrutura de tráfego. Os atuadores estão no sentido do ambiente
ciber-físico para o ambiente ciber-físico e o sensoriamento das informações dos sistemas de tráfego para o ambiente ciber-físico, criando um looping nas tomadas de decisão.
1.2 METODOLOGIA
O delineamento metodológico da pesquisa foi de natureza aplicada, com objetivo exploratório, descritivo e explicativo, com abordagens combinadas entre quantitativo e qualitativo. Por fim, o pro-cedimento foi feito por estudos de casos múltiplos, como mostra na figura 1.1.
Figura 1.1: delineamento metodológico da pesquisa.
Na pesquisa bibliográfica foram utilizadas pesquisas na plataforma SciELO, Google Acadê-mico, livros relacionados aos estudos de engenharia de tráfego, de manufatura enxuta, tecnologia e mobilidade urbana. Foram feitas análises documentais de relatórios, como origem e destino do metrô de São Paulo e, de mobilidade no sistema viário principal da cidade de São Paulo. Também foram estudados as leis, resoluções, decretos e projetos de lei, plano diretor estratégico, plano de controle de poluentes veiculares, código de trânsito brasileiro, assim como notícias recentes ao tema.
Os principais termos buscados foram: mobilidade urbana, engenharia de tráfego, manufatura enxuta, poluição, restrições e compartilhamento de veículos, tecnologia e cidade de São Paulo.
Após uma pesquisa extensa de como a cidade de São Paulo foi planejada e moldada nos últimos cem anos, uma análise comparativa entre os sucessos da melhoria contínua e manufatura enxuta na fabricação de veículos é comparada com o insucesso da engenharia de tráfego em poder absorver um número representativo de veículos nas vias e manter ao mesmo tempo a fluidez do tráfego.
Para isso, surge a terceira variável e pilar que pode ser utilizado, que são os avanços da tecno-logia, que podem ser monitoradas de forma evasiva, sem comprometer o direito de ir e vir do cidadão.
No capítulo 6 foram apresentados os resultados e discussões, dividido em cinco partes. A pri-meira apresentou os dados de fluxo de veículos em pontos estratégicos no centro expandido da cidade de São Paulo, contemplando as quatro zonas e as rótulas em três perímetros: uma na rótula central, outra intermediária e a terceira no limite do centro expandido. Todas conforme o Plano de Avenidas. As marginais Tietê e Pinheiros, mesmo sendo parte, de forma parcial, da rótula no perímetro do centro expandido, não fez parte da proposta por ser uma via muito utilizada como rota de passagem para todas as regiões do Brasil.
Por meio da documentação oficial publicada pela CET, utilizou-se os dados de volume e velo-cidade dos anos 2016 e 2017. Foram feitas as análises documentais e, por meio de simulações via
software Excel, utilizou-se a hipótese de substituir a métrica mundialmente conhecida de veículos por
hora para a proposta de pessoas por m²/h.
Os dados são analisados a partir da situação atual das dezessete principais vias, selecionadas pelo volume de veículos e associada a baixa velocidade nos horários de pico; seja das 7h00 às 10h00 ou das 17h00 às 20h00. As vias analisadas foram das regiões leste, sul, norte e oeste, assim como as rótulas, da central até a mais periférica do centro expandido. Também foram coletadas as larguras das vias dos dezessete pontos selecionados por meio de fotos via satélite e utilizando o software AutoCad. Os detalhes na obtenção das larguras estão no Apêndice A e as fotos no Anexo 1.
Na segunda parte foi apresentada uma proposta de modelamento de estrutura conceitual em ambiente ciber-físico para os balanceamentos das faixas de rolagem das principais vias arteriais e ex-pressa, utilizando os conceitos do Sistema Toyota de Produção, manufatura enxuta e Teoria das Res-trições.
Esta segunda parte se dividiu em entradas e saídas do ambiente ciber-físico. As entradas por meio dos aplicativos voltados à mobilidade urbana em smartphones utilizando a tecnologia de infor-mação. As saídas do ambiente ciber-físico foram feitas por meio dos dispositivos utilizados nas faixas de rolagem para o monitoramento da frota circulante utilizando a tecnologia operacional.
Na terceira parte foi apresentada a estratégia de implementação gradativa da mudança de mé-trica de veículos por hora para pessoas por m²/h, de modo que, os hábitos do paulistano e população de entorno, sejam alteradas de forma transparente utilizando como base os conceitos 3E.
Na quarta etapa foi apresentada uma proposta de projeto de lei, no município de São Paulo, utilizando a Lei da Mobilidade Urbana, o Código de Trânsito Brasileiro, o Plano Diretor Estratégico da
cidade de São Paulo e as resoluções do Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN) e Conselho Na-cional do Meio Ambiente (CONAMA) referentes à segurança do veículo e as emissões de poluentes.
Na quinta foi feita uma consolidação abordando as quatro primeiras partes com uma análise social, ambiental e econômica aos usuários. E, para finalizar, as estratégias para implantação da pro-posta.
1.3 ESTRUTURA DA TESE
A tese está dividida em 7 capítulos. No primeiro capítulo é apresentado as motivações e objeti-vos da pesquisa realizada, a metodologia empregada, além da hipótese e tese defendida.
No capítulo 2 é feito um breve histórico do porquê a cidade de São Paulo é tão dependente do automóvel principalmente e qual foi o planejamento feito na cidade há cem anos atrás, a qual seria a solução dos deslocamentos no futuro. A origem da produção em massa e a complexidade da mobilidade urbana é abordada neste capítulo.
As evoluções das formas de se viver são apresentadas no capítulo 3, desde a revolução agrícola, passando pelas revoluções industriais e tecnológicas no final do século XX até os dias de hoje e como elas afetam diretamente e indiretamente a mobilidade urbana por meio do ambiente ciber-físico. Dentro destes conceitos, são estudados os dispositivos para monitoramento do tráfego.
O capítulo 4 aborda os conceitos utilizados na engenharia de tráfego e na indústria da mobili-dade, comparando os conceitos desde quando surgiram e como se relacionam a via e o veículo.
As restrições dos veículos e das vias pelo mundo são apresentadas no capítulo 5, seja a restrição dos veículos pela inspeção veicular ou idade, seja pela restrição da via, por rodízio ou pedágio urbano. No capítulo 6, como já descrito na metodologia, é feita uma análise nas principais vias no centro expandido da cidade de São Paulo, passando pelas regiões leste, sul, norte e oeste, assim como as rótu-las, desde a central até a periférica à área determinada do centro expandido.
2 A PROBLEMÁTICA DA MOBILIDADE URBANA NA CIDADE DE SÃO PAULO
A cidade de São Paulo nasceu em 1554, fundada pelos jesuítas, era um local de difícil acesso devido a chegada ser exclusivamente pela Serra do Mar. Local que se povoava muitos indígenas e até hoje se mantém os nomes dos locais na língua Tupi-guarani como, por exemplo, Avenida Pacaembu, Vale do Anhangabaú e Marginal Tietê.
Foi uma das pioneiras em transporte público pelo mundo com a introdução do modal bonde, inaugurado em 12 de outubro de 1872, ano do primeiro censo demográfico, que tinha um pouco mais de 30.000 habitantes [1]. As carroças iniciaram os serviços de transporte em 1865 no trajeto Praça da Sé à Estação da Luz [2].
Nessa mesma década de 1870, a cidade de São Paulo era a décima quinta economia do estado de São Paulo, liderado pela cidade de Campinas, conhecida como capital agrícola, tratando se uma cidade de passagem de produtos como café e logo depois cana-de-açúcar, sendo o destino fim a cidade de Santos, que também era mais desenvolvida, com o propósito de exportar os produtos agrícolas, [2]. A epidemia de febre amarela em 1889 mudou o curso de desenvolvimento das cidades, redu-zindo abruptamente o poder financeiro das cidades de Campinas e Santos.
São Paulo tornou a cidade referência econômica no início do século XX, pois não foi afetada significativamente pela febre amarela. Depois de erradicada, a febre amarela retorna a Campinas no ano de 2017.
Os automóveis no início do século XX não tinham uma definição quanto à matriz energética e nem uma produção relevante. Nesse período era possível circular automóveis no continente europeu movidos a eletricidade, por motores de combustão interna, como também veículos híbridos, que são motores de combustão interna alimentando motores elétricos por meio de baterias, de princípio seme-lhante aos híbridos atuais [3].
Atualmente, a cidade desponta entre as maiores cidades mundiais e a maior na América do Sul, está localizada na região sudeste do Brasil, região com maior desenvolvimento econômico do país. Faz parte da megalópole na região sudeste por concentrar outras regiões metropolitanas no Rio de Janeiro e no Estado de São Paulo, como a região de Campinas, Vale do Paraíba, Sorocaba e Baixada Santista [4].
Entre as cidades de São Paulo e Campinas, há o processo de unificação formando o primeiro macro metrópole do hemisfério sul, conhecido como complexo metropolitano expandido, que supera
os 33 milhões de habitantes, que equivale aproximadamente 75% da população do estado de São Paulo e 12% da população brasileira [5].
2. 1 A ORIGEM DA PRODUÇÃO EM MASSA DO MODAL AUTOMÓVEL E OS IM-PACTOS NA QUALIDADE DE VIDA DO PAULISTANO
Em 1900 a nova alternativa de mobilidade na cidade de São Paulo, o automóvel, já exigia as taxas e a fazer cumprir as leis para utilização. Tanto a fixação da placa traseira como a velocidade máxima por parte desta regulamentação:
“...nos lugares estreitos ou onde haja acumulação de pessoas, a velocidade será de um homem a passo. Em nenhum caso a velocidade poderá ultrapassar a 30 quilômetros por hora" [6].
Em 1904, 84 automóveis já eram registrados na Inspetoria de Veículos e 15 anos depois a Ford
Motors Company se instalava na cidade em um galpão alugado na Rua Florêncio de Abreu com a
montagem do consagrado Ford T [7].
No início da produção em massa, houve a mudança na fabricação de um bem durável para um bem renovável, utilizando um novo conceito chamado de obsolescência programada, a qual teve início no começo do século XX, precisamente em 1924 na cidade de Genebra. Criaram o chamado cartel
Phoebus, sendo que a comercialização de lâmpadas incandescentes passaria de 2.500 horas de
durabi-lidade para 1.000 entre todas as fabricantes [8]. Este conceito se estendeu aos automóveis, o que acele-rou o consumo de bens a nível mundial.
Explorando um desejo integrado à segunda revolução industrial, a General Motors (GM) pro-duzia veículos para diferentes públicos, do mais simples ao mais sofisticado e de diferentes cores. Este hábito idealizado por Alfred Sloan transformou a GM na principal indústria automobilística, tornando-se a número um em vendas por décadas [9].
Na década de 1920, São Paulo, com conceitos de cidade europeia, deu lugar a uma visão ame-ricanizada, mesclando projetos urbanísticos como anéis viários de um modelo francês, mas voltada ao progresso das vias expressas, conhecido como Plano de Avenidas e idealizada pelos engenheiros e urbanistas Ulhôa Cintra e logo depois Prestes Maia, tornando o veículo um elemento chave na mobili-dade urbana da cimobili-dade.
A necessidade pós-guerra e as dificuldades encontradas no Japão, no fim da segunda guerra mundial, impulsionaram o aperfeiçoamento da produção em massa a nível mundial, denominada pelos
americanos como Lean Manufacturing [10]. Os conceitos de restrições e gargalos foram aprimorados nesse período com a utilização da ferramenta Value Stream Manufacturing (VSM) e Teoria das Restri-ções.
Eiji Toyoda e Taiichi Ono conduziram esta mudança, que não havia um nome específico, mas realizava essas ações com os recursos disponíveis, eliminando desperdícios, seja pelo estoque, movi-mentação, espera, transporte, produção em excesso ou desnecessário, assim como as correções [11]. As empresas instaladas no Brasil assimilaram essa cultura tardiamente no país, principalmente na década de 1990, com a abertura para o mercado internacional.
Antes disto, quando Juscelino Kubitschek de Oliveira assumiu a presidência da República, mais precisamente em 1956, houve o maior incentivo na indústria automobilística conduzida por um grupo de trabalho e depois oficializado como Grupo Executivo da Indústria Automobilística (GEIA), o qual favoreceu a entrada das multinacionais no país com foco inicialmente nos utilitários. Neste mesmo ano, foi lançado o primeiro e único veículo popular de produção nacional, a Romi Isetta, que não fez parte destes incentivos, tendo sua produção descontinuada em 1961 [12].
O aperfeiçoamento e desenvolvimento da indústria automobilística, nas décadas subsequentes, possibilitou a produção mundial de veículos, entre 1990 a 2016, um salto de 39,20 milhões anuais para 77,83 milhões de veículos produzidos, um aumento de quase 100% em 26 anos [13].
Figura 2.1: produção de veículos por marca das cinco fabricantes mais representativas mundialmente. O ano de 2007 foi o primeiro registro no mundo em que a população residente nas cidades superou aquelas residentes no campo [14]. Coincidentemente foi o primeiro ano que a fabricante Ge-neral Motors (GM) perdeu a primeira colocação. A Toyota, utilizando os conceitos de manufatura en-xuta, assumiu a primeira colocação em 2007, tendo se alternado com a Volkswagen até 2018.
O número de veículos registrados na cidade de São Paulo cresceu com o desenvolvimento da cidade no incentivo do transporte individual motorizado. A década de 1990, com a abertura do mercado estrangeiro, impactou significativamente no número de veículos na cidade. Segundo o Departamento de Trânsito Estadual (DETRAN), nos anos de 1982 a 1991 haviam 1.075.343 e na próxima década, de 1992 a 2001 já superaram 2.272.539 veículos registrados, um aumento de 111% [15].
O número crescente de veículos na cidade de São Paulo impactou no surgimento dos congesti-onamentos, que se tornaram rotineiros, dos 500 m de 1911, com a inauguração do teatro municipal, passaram para 66 km de média diária no centro expandido [16]. A velocidade máxima permitida de 30 km por hora em 1900 voltou a ser cumprida como velocidade média no deslocamento, não por exigên-cia, mas devido aos congestionamentos.
O primeiro estudo de mobilidade urbana feita pelo poder público na cidade de São Paulo ocor-reu com a criação da CMTC na década de 1940. Antes, os estudos de mobilidade eram feitos pela empresa canadense Light [2].
Doenças até então inexistentes surgiram em decorrência da emissão de poluentes pelos escapa-mentos automotivos geradas pelos motores de combustão interna. O rodízio instituído na cidade de São Paulo, com caráter ambiental em 1997, começou a fazer parte da vida do paulistano para minimizar o número de veículos em horário de pico. Em 2009 incluiu os caminhões, restringindo mais áreas para a circulação das cargas de segunda a sábado e em horários diferenciados ao rodízio de automóveis.
São Paulo é a sétima cidade mais poluída quando considerado o material particulado PM2.5, que são as partículas finas menores ou iguais a média de 2,5 μm (micrometro). Em volume, o material particulado representa 19 µg/m³ na cidade. Quando comparado à cidade de Toronto, que tem o mesmo porte de congestionamento que São Paulo, a emissão é de 9 µg/m³ de PM2.5, isto é, 47% menor que São Paulo [17, 18].
A matriz energética dos veículos automotores adotados em praticamente 100% da frota circu-lante no país é distribuído entre o ciclo Otto, que é proveniente da gasolina e/ou EHC (etanol hidratado carburante) ou no caso do ciclo Diesel, o óleo diesel com 10% de mistura de biodiesel. Por esse motivo, os índices de poluentes atmosféricos são elevados, principalmente quando considerado o tempo perdido em funcionamento devido aos congestionamentos.
Os projetos para o aumento da eficiência energética de propulsores veiculares conhecido como
downsizing, assim como o aperfeiçoamento dos controles de poluição atmosférica não são suficientes
Em contrapartida, novas tecnologias voltadas para alternativas de circulação em vias urbanas por aplicativos de smartphones, principalmente no centro expandido da cidade, devem mitigar o nú-mero de paradas, sejam elas decorrente dos controles semafóricos ou do próprio volume de circulação de veículos na região.
Ou seja, as ferramentas utilizadas para o aperfeiçoamento da produção de veículos até a comer-cialização não são aplicadas nas vias urbanas, ocorrendo uma discrepância entre a eficiência e a eficácia da cadeia de valor do veículo quando comparada ao destino fim.
Analogamente, se tomarmos como referência o funcionamento do corpo humano, temos o sis-tema cardiovascular, que envia O2 (oxigênio) para as células e retira o CO2 (dióxido de carbono),
eli-minado pela respiração. A artéria aorta, por meio do batimento cardíaco, se encarrega de levar o sangue para todas as ramificações do corpo. Esse princípio segue uma harmonia da origem ao seu destino, dentro de uma proporcionalidade a ponto de que todo o corpo humano seja irrigado inúmeras vezes ao dia. Assim como o corpo humano, esse mesmo princípio de proporcionalidade pode se tomar de forma mais simples, por exemplo, com o projeto dos chicotes elétricos do automóvel.
Leis existem para essa ordenação no fluxo de veículos como a Lei n° 10.257 [19], denominada de Estatuto da Cidade, que objetiva ordenar o pleno desenvolvimento das funções sociais da cidade mediante, dentre outras, a diretriz da garantia do direito à infraestrutura urbana, ao transporte e aos serviços públicos adequados aos interesses e necessidades da população, assim como a Lei nº 12.587 [20], conhecida como Lei da Mobilidade Urbana que, entre outros assuntos da mobilidade urbana, pri-vilegia o transporte público em relação ao privado e exige que as cidades com mais de 20.000 habitantes tenham um Plano de Mobilidade.
Referente aos automóveis, houve incentivos fiscais para melhorar a eficiência energética como Inovar Auto e atualmente o Rota 2030, assim como incentivo na área de biocombustíveis o RenovaBio. Porém, os veículos motorizados, principalmente os individuais, que ocupam grande parte de toda a malha da cidade de São Paulo, estão superdimensionados, quando comparado aos limites de velocidade, concepção do projeto e utilização. Esse efeito ocorre em São Paulo e no mundo, com ex-ceção ao Japão, que incentiva os veículos ultracompactos para uso urbano desde 1949.
Atualmente os veículos individuais têm uma massa de pelo menos vinte vezes mais que o mo-torista, pode rodar por volta de 480 km após o abastecimento por completo, alcança uma velocidade máxima de 160 km/h, necessita de pelo menos 10 m² para estacionar e fica parado por 90% do tempo [13].
Em suma, mesmo que haja investimentos nas vias da cidade de São Paulo para otimizar os controles semafóricos, que são os principais pontos de gargalos e restrições, melhorar a sinalização das
