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ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT “A Faculdade Católica Paulista tem por missão exercer uma ação integrada de suas atividades educacionais, visando à geração, sistematização e disseminação do conhecimento, para formar profissionais empreendedores que promovam a transformação e o desenvolvimento social, econômico e cultural da comunidade em que estão inseridos. Missão da Faculdade Católica Paulista Av. Cristo Rei, 305 - Banzato, CEP 17515-200 Marília - São Paulo. www.uca.edu.br Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização. Todos os gráficos, tabelas e elementos são creditados à autoria, salvo quando indicada a referência, sendo de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos. Diretor Geral | Valdir Carrenho Junior ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT SUMÁRIO AULA 01 AULA 02 AULA 03 AULA 04 AULA 05 AULA 06 AULA 07 AULA 08 AULA 09 AULA 10 AULA 11 AULA 12 AULA 13 AULA 14 AULA 15 AULA 16 RODOVIAS E TRÁFEGO CLASSIFICAÇÃO RODOVIÁRIA ELEMENTOS DE PROJETO CONDICIONANTES E DETERMINAÇÃO DO TRAÇADO PROJETO EM PLANTA: CURVAS HORIZONTAIS SIMPLES PROJETO EM PLANTA: CURVA HORIZONTAL COM TRANSIÇÃO SEÇÃO TRANSVERSAL PERFIL LONGITUDINAL INTRODUÇÃO À PAVIMENTAÇÃO MATERIAL ASFÁLTICO CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ASFÁLTICOS REVESTIMENTOS FLEXÍVEIS BASE E SUB-BASE PINTURAS E PREPARAÇÃO DO SUBLEITO DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL PATOLOGIAS 05 10 18 25 30 35 42 49 57 62 66 71 76 81 86 93 ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 4 INTRODUÇÃO Olá, alunos! Sejam bem-vindos a nossa disciplina de Estradas e Pavimentação, será um prazer acompanhá-los nesse processo de aprendizagem no decorrer das nossas 16 aulas. Na primeira parte da disciplina, da aula 1 até a aula 8, iremos abordar sobre o primeiro assunto da disciplina, o Projeto de Estradas. Primeiramente abordaremos alguns aspectos teóricos para entendermos as influências que o tráfego, a localidade e demais aspectos tem sobre as Estradas. Por fim iremos abordar diretamente elementos projetuais e realizar as suas determinações. A segunda parte da disciplina, da aula 9 até a 16, abordaremos sobre Pavimentação, diferenciando os pavimentos rígidos e flexíveis, vendo os diferentes tipos de camadas que devem ser adotadas, seu dimensionamento e as patologias presentes nas estradas. Com isso finalizando nosso conteúdo. Espero que façam bom proveito de tudo que for apresentado no decorrer dessas páginas, nos vemos na nossa primeira aula, até lá. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 5 AULA 1 RODOVIAS E TRÁFEGO Olá, aluno! Nesta primeira aula iremos conversar sobre as rodovias e sua importância no desenvolvimento de uma região, abordando alguns de seus aspectos históricos e algumas formas de realizar a sua classificação. Quando falamos de rodovias é necessário abordar a sua função que é auxiliar na necessidade de deslocamentos a longas distâncias. Os primeiros indícios de estradas são entre os chineses, mas posteriormente foram os romanos que aperfeiçoaram-nas pensando na drenagem superficial. A princípio, até 400 anos a.C. os caminhos utilizados pelos romanos eram de terra. Temos, então, o surgimento de vias pavimentadas com blocos de pedras em cerca de 312 a.C. no império romano, que é a Via Ápia, que recebe esse nome devido a Ápio Claudio Cego, que foi o seu criador. Ela foi criada por uma necessidade estratégico-militar após um ataque gaulês ao império Romano, em que as tropas demoraram no deslocamento. O império Romano constrói então cerca de 150.000 km de vias pavimentadas. Nas Américas, mesmo sem a troca de experiência com os romanos, os incas, que se situavam onde hoje encontramos o Equador, Peru, Chile, Bolívia e Argentina, também realizam pavimentação. Eles também utilizavam rochas para a construção das vias, e essas são atualmente conhecidas como caminhos incas. 1.1 Histórico Brasileiro Segundo Bernucci et al (2008), a primeira estrada reportada é de 1560, foi feita como ligação ente São Vicente ao Planalto Piratininga. E no decorrer da ocupação do território nacional foram consecutivamente sendo abertas novas vias para auxiliar no desenvolvimento das regiões. Na década de 1930, têm-se o início do planejamento viário nacional, até então o planejamento era feito por planos não oficiais e regionais. Dessa forma, em 1930 inicia-se a análise envolvendo diferentes modais com planos mais formais. É criado o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) como órgão responsável pelo setor rodoviário. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 6 Porém, o grande marco na organização viária acontece em 1945, com a implantação da chamada “Lei Joppert”, que leva o nome do Engenheiro Maurício Joppert da Silva que encabeçou o decreto dessa lei e era ministro de Estado e Negociações da Viação e Obras Públicas no governo do presidente José Linhares. A Lei Joppert permite um planejamento que teria suporte legal, institucional e financeiro, e acontece no contexto do fim da Segunda Guerra Mundial e a instalação da Indústria Automotiva no Brasil. A Lei Joppert cria o Fundo Rodoviário Nacional (FRN) em que impostos incidentes sobre veículos, combustíveis, lubrificantes e outros insumos automobilísticos seriam transferidos para esse fundo. Com o valor desse fundo era feita a abertura de novas vias e operações de manutenção e conservação, era rateado entre a união e dos estados, e posteriormente com os municípios. Isto está na rede Embora as primeiras rodovias brasileiras tenham surgido no século XIX, foi o governo Vargas, nos anos 1930, que viabilizou a ampliação da malha rodoviária. Também contribuíram a criação do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), em 1937; a implantação da indústria automobilística, a partir da segunda metade da década de 1950; a aceleração do processo de industrialização nacional; e a mudança da capital federal para Brasília. A partir dos anos 1960, a malha rodoviária se ampliou de maneira acelerada, tornando- se a principal via de transporte de carga e de passageiros do país. Em contrapartida, a década de 1980 viu o crescimento acelerado se transformar em estagnação em função da perda de receitas, a partir de 1988, causada pela extinção de impostos sobre lubrificantes e combustíveis líquidos e sobre serviços de transporte rodoviários, cuja arrecadação era destinada prioritariamente à ampliação e manutenção da malha rodoviária. Em 2017, a malha rodoviária brasileira possuía 1.720.700,3 km, incluindo trechos pavimentados e sem pavimentação. A região Sudeste possui a maior malha do país, com um total de 533.795,6 km, equivalente a 31% do total nacional, sendo os estados de Minas Gerais e São Paulo responsáveis por 280.355,2 km e 196.050,2 km, respectivamente. As rodovias pavimentadas representam 12,4% do total, com 213.452,8 km Link de acesso: Relatório Técnico: Panorama do Transporte Rodoviário de Cargas no Brasil (modal.org.br) O setor rodoviário então tem um grande crescimento desde a criação da Lei Joppert até meados dos anos 70, em que se inicia um processo gradual da transferência dos recursos do https://modal.org.br/wp-content/uploads/2020/11/RT_PanoramaTRC_2019.pdf https://modal.org.br/wp-content/uploads/2020/11/RT_PanoramaTRC_2019.pdf ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 7 FRN para outros fundos, até em 1988 que ocorre o total desmonte do modelo de vinculação tributária com a Constituição Federal, que permite esse modelo somente para a Educação. Nessa época também estava acontecendo a redução do tamanho dos órgãos, uma vez que os quadros de funcionários estavam envelhecendo. Unido a isso entra a iniciativa privada nas concessões para exploraçãorodoviária. Em 2001 ocorre uma reorganização do sistema de transportes em que se cria a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) e o Departamento nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), este substitui o DNER que é extinto. Em 2011 é criado o Sistema Nacional de Viação (SNV) que é constituído formalmente de vários modais de transporte de pessoas e bens. O SNV classifica os modais de transporte em: Rodoviários, Ferroviários, Aquaviários e Aeroviários. 1.2 Tráfego Rodoviário Apesar da rodovia em si ser um ente com características próprias, ela tem uma finalidade bem delimitada que é servir como via para o tráfego atendendo critérios que permitam conforto e segurança aos usuários. Por esse motivo não é possível conceber a ideia de uma estrada sem pensar no tráfego que faz utilização dela. Dessa forma, o tráfego é um dos principais elementos rodoviários e é para quem a rodovia é direcionada para servir. Tráfego. Fonte: https://www.pexels.com/pt-br/foto/carros-na-estrada-221284/ https://www.pexels.com/pt-br/foto/carros-na-estrada-221284/ ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 8 Para realizar a determinação do tráfego o DNIT (2006a) aponta que devem ser estudados três aspectos: volume, velocidade e densidade. Para os nossos estudos, iremos trabalhar somente questões relativas ao volume de tráfego, uma vez que os outros dois aspectos interferem mais em um nível operacional da via e não projetual como é o objetivo dessa disciplina. O Volume de Tráfego ou, como também é conhecido, Fluxo de Tráfego é definido como “o número de veículos que passam por uma seção de uma via, ou de uma determinada faixa, durante uma unidade de tempo. É expresso normalmente em veículos/dia (vpd) ou veículos/ hora (vph).” (DNIT, 2006a). Existe uma variação temporal no volume de tráfego, essa variação ocorre entre horas do mesmo dia, entre diferentes dias de uma semana, entre diferentes meses de um ano e entre diferentes anos. A principal medida que se tem para a caracterização do volume de tráfego é o Volume Médio Diário (VDM), em que é realizada a contagem dos veículos que passam por uma determinada seção da via no período de 24 horas, ele é expresso em veículos/dia (vpd). O VDM pode ser expresso da seguinte forma: • Volume Diário Médio anual (VMDa): média de todos os VDM de cada dia de um determinado ano. • Volume Diário Médio mensal (VMDm): média de todos os VDM de cada dia de um determinado mês. • Volume Diário Médio semanal (VMDs): média de todos os VDM de cada dia de uma determinada semana. • Volume Diário Médio diário (VMDd): é a própria contagem de um determinado dia. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 9 Isto acontece na prática Para a realização da contagem do volume de tráfego pode-se utilizar de métodos de contagem manuais ou automáticos. Os métodos manuais envolvem alguém ou algumas pessoas que realiza a contagem com o auxílio de algum equipamento, como tabelas, contadores manuais ou gravação de vídeo e contagem posterior. Os métodos automáticos são utilizados para uma contagem automatizada, seu custo de implantação é maior, mas se é desejado uma contagem durante um longo período de tempo é investimento que possui um custo-benefício mais longo. Citam-se aqui os contadores automáticos portáteis ou fixos, ou um software que analisa filmagens. Também pode-se utilizar métodos de contagem indireta, em que se utiliza de contagens feitas por outros meios que a contagem em si não era o objetivo, como o caso das praças de pedágio. Por sua vez outro elemento importante é o Volume Horário (VH) em que é expresso os valores para cada hora do dia, isso nos auxilia a fazer a avaliação do comportamento do tráfego nos momentos críticos que são as horas de pico. A sua determinação é feita também pela contagem de tráfego e é expresso em veículos/hora (vph). Na nossa próxima aula iremos abordar alguns conceitos relativos à classificação das rodovias. Para uma das classificações iremos utilizar os conceitos de VDM e VH e assim conseguiremos definir algumas características projetuais. Até a nossa próxima aula! ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 10 AULA 2 CLASSIFICAÇÃO RODOVIÁRIA As rodovias podem ser classificadas de vários modos e cada uma das classificações é importante para a determinação de algum elemento. Iremos agora, aluno, abordar as principais classificações rodoviárias para que possamos compreender melhor os elementos viários. 2.1 Classificação segundo a Jurisdição A classificação conforme a Jurisdição nos aponta qual instância possui a responsabilidade sobre aquela estrada, dessa modo devendo prever sua fiscalização, manutenção e quando necessário sua reconstrução. Desse modo quando a classificação conforme a jurisdição pode ser: • Federal: quando a União possui responsabilidade sobre a via, isto acontece quando a via interliga dois ou mais estados, ou faz ligação com outro país. • Estadual: quando algum estado possui responsabilidade sobre a via, isto ocorre quando a estrada fica inteiramente dentro de um determinado estado e interliga duas ou mais cidade. • Municipal: quando algum município possui responsabilidade sobre a via, ela é municipal quando está totalmente dentro da área de um município. • Vicinal: quando a responsabilidade sobre a estrada é da sociedade civil, isso ocorre entre estradas que fazem a ligação entre propriedades e a sua área faz parte de algum imóvel. A classificação conforme a jurisdição é um elemento importante para a realização da classificação Geográfica. Sendo as rodovias federais chamadas BRs, e as estaduais conforme o estado: SP, PR, SC, RJ e assim sucessivamente. 2.2 Classificação Geográfica A classificação Geográfica diz respeito ao local que a via se dispõe no território. Como as vias são entes com características lineares, ou seja, possuem uma dimensão muito maior ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 11 que as outras duas, a classificação geográfica classifica a colocação dessa linha sobre o território. A rodovia normalmente recebe o nome pelo conjunto da classificação conforme a jurisdição (BR no caso das federais), um traço separador e então 3 algarismos que representam sua classificação geográfica, por exemplo BR-101, BR-116 e BR-230. O primeiro algarismo diz respeito à categoria da rodovia, podendo ser: 0 para radial, 1 para longitudinal, 2 para transversal, 3 para diagonal e 4 para ligação. Os últimos dois algarismos dizem respeito a posição da rodovia nos limites geográficos do país, sendo Brasília o ponto central de cada categoria. As Rodovias Radiais têm como característica uma extremidade em Brasília se estendendo para algum extremo do país. O primeiro algarismo é 0 e os últimos dois algarismos sempre são múltiplos de 10, variando de 10 a 90, estes são relativos ao azimute (a partir do norte girando em sentido horário. Rodovias Radiais. Fonte: Elaborada pelo autor. As Rodovias Longitudinais têm como característica o desenvolvimento no sentido norte- sul. O primeiro algarismo é 1 e os últimos dois algarismos variam de 01 a 99, sendo crescente de leste para oeste, sendo a rodovia passante por Brasília de valor 50. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 12 Rodovias Longitudinais. Fonte: Elaborada pelo autor. As Rodovias Transversais têm como característica o desenvolvimento no sentido Leste- oeste. O primeiro algarismo é 2 e os últimos dois algarismos variam de 01 a 99, sendo crescente de norte para sul, sendo a rodovia passante por Brasília de valor 50. Rodovias transversais. Fonte: Elaborada pelo autor. As Rodovias Diagonais têm como característica o desenvolvimento diagonal sendo as Diagonais Pares no sentido Noroeste-Sudeste e as diagonais Ímpares no sentido Nordeste- Sudoeste. O primeiroalgarismo é 3 para ambas. Para as Diagonais Pares os últimos dois algarismos variam de 02 a 98, crescendo de nordeste para sudoeste, sendo 50 quando passante por Brasília. Para as Diagonais ímpares os últimos dois algarismos variam de 01 a 999, crescendo de noroeste para sudeste, sendo 51 quando passante por Brasília. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 13 Rodovias Diagonais. Fonte: Elaborada pelo autor. As Rodovias de ligação são aquelas vias que não se enquadram em nenhuma das características anteriores. O primeiro algarismo é 4 e os últimos dois algarismos variam de 01 a 99, sendo crescente de norte para sul, sendo a rodovia passante por Brasília de valor 50. Rodovias de Transição. Fonte: Elaborada pelo autor Esse mesmo modo de nomenclatura é utilizado nos estados e municípios, dessa maneira é possível se locomover pelo território nacional somente tendo em vista os nomes das vias. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 14 2.3 Classificação conforme Função A classificação conforme a função, visa o apontamento dos tipos de serviços que a via oferece. Esse tipo de serviço diz respeito ao nível de mobilidade e de acessibilidade da via (LEE, 2008). A acessibilidade viária é um conceito que diz respeito à liberdade de movimentação dos veículos na via. Vias com alto índice de mobilidade são caracterizadas com muitos acessos de outras vias ou propriedades privadas diretamente na via com intersecções em nível. Por sua vez vias com baixo índice de acessibilidade têm acessos controlados, em que por meio de vias marginais é feita a coleta de tráfego para em pontos específicos fazer ligação com a via principal, normalmente intercepções são em desnível. A mobilidade viária diz respeito à fluidez do tráfego, vias com alto índice de mobilidade têm valores altos de veículos passantes por unidade de tempo. Para isso é necessária uma diminuição da acessibilidade, pois é contrário à segurança termos vias com velocidades elevadas e alto número de veículos com grandes quantidades de acessos. Dessa forma, ao priorizarmos a mobilidade precisamos optar pela diminuição da acessibilidade e vice-versa. Assim, realizamos a classificação funcional em: • Vias Arteriais: são vias em que se têm altos valores de mobilidade combinado com baixos valores de acessibilidade. • Vias Coletoras: são vias que proporcionam um misto entre mobilidade e acessibilidade. • Vias Locais: são vias que priorizam altos índices de acessibilidade tendo baixos valores de fluxo de veículos. Isto acontece na prática Normalmente, as viagens longas utilizam rodovias de pequeno porte que têm características locais no início e fim da viagem. No desenvolvimento são utilizadas vias que ofereçam melhores condições de fluidez, dessa forma vias arteriais. A ligação entre esses dois tipos de rodovias é realizada pelas coletoras. O mesmo acontece no transporte urbano e essa classificação se estende para as vias rodovias urbanas. Pense no caso de você sair da sua casa para ir a um determinado local de carro. Ao sair da sua casa, se você morar no interior de um bairro, provavelmente na sua rua você terá pouca quantidade de carros trafegando e bastante liberdade de manobras (alta acessibilidade). Você provavelmente no caminho do seu destino se direcionará a uma rua com maior movimentação com características de coletores e posteriormente a outra com grande fluidez (alta mobilidade). ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 15 A seguinte imagem mostra um comparativo entre as Classes Funcionais em função do acesso e mobilidade. Relação Mobilidade x Acessibilidade. Fonte: DNER, 1974 Apesar de expressar características viárias, a classificação segundo a função não fornece informações relativas ao dimensionamento geométrico das vias para isso é utilizada a classificação técnica. 2.4 Classificação Técnica A classificação técnica é um instrumento essencial para o correto dimensionamento geométrico das vias. Quando falamos do Projeto Geométrico de rodovias, estamos falando dos elementos projetuais, como: curvas horizontais, curvas verticais, faixas de ultrapassagem, largura das faixas, dentre outros aspectos. Para determinar qual a classe técnica de uma via é necessário que seja feita a contagem de tráfego, segundo Pimenta et al (2017) para rodovias que ainda não foram implantadas é necessário realizar uma projeção para 10 anos além da data de abertura, para que a via não fique obsoleta muito cedo. Por exemplo, se uma rodovia está com data prevista de abertura ao trafego em 2025, deve-se realizar a determinação da classe técnica baseando- se no tráfego previsto para 2035. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 16 Anote isso A classificação técnica é a mais importante para a nossas aulas. Sabendo a classe técnica da rodovia e analisando o relevo do terreno (se é plano, ondulado ou montanhoso) podemos determinar a velocidade de projeto e assim determinamos as dimensões dos elementos do projeto Geométrico. A seguinte tabela apresenta dados pala a determinação de velocidade de projeto para novas vias. Ela apresenta as classes de projeto (Classe 0, Classe I-A, Classe I-B, Classe II, Classe III, Classe IV-A e Classe IV-B), as suas características (se deve ter pista simples, pista dupla ou se é via expressa), quais são os critérios de classificação (VDM é o volume médio diário de veículos e é expresso em vpd, que é veículos por dia, e VH é o volume horário e é expresso em vph, que é veículos por hora) e por fim qual deve ser a velocidade de projeto a ser adotada conforme os diferentes tipos de relevo, a classificação do relevo é por critério subjetivo do projetista. CLASSES DE PROJETO CARACTERÍSTICAS CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO VELOCIDADE DE PROJETO (KM/H) Plano Ondulado Montanhoso 0 Via expressa Decisão administrativa 120 100 80 I A Pista dupla Pista Simples não atende 100 80 60 B Pista simples VDM > 1400 vpd ou VH > 200 vph II Pista simples VDM entre 700 e 1400 vpd 80 70 50 III Pista simples VDM entre 300 e 700 vpd 80 60 40 IV A Pista simples VDM entre 50 e 200 vpd (abertura) 60 40 30 B Pista simples VDM < 50 vpd (abertura) Tabela 1 – Classes técnicas para determinação da velocidade de projeto. Fonte: Adaptado de (LEE, 2008). ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 17 Lembre que o critério de classificação quando feita a contagem dos veículos é sempre após 10 anos da data de abertura, porém para a determinação da classe IV-A e IV-B é feita essa determinação com os valores considerados para a data da abertura da via. Nessa aula vimos alguns critérios e classificações viárias, compreendendo melhor as funções viárias. Vamos ver na nossa próxima aula sobre estudos de campo necessários antes de realizar o traçado viário. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 18 AULA 3 ELEMENTOS DE PROJETO Olá, alunos! Nesta aula iremos conversar um pouco sobre a determinação de algumas características que irão influenciar nos Projetos Geométricos Rodoviários. Com base nessas características que serão abordadas poderemos dimensionar os elementos geométricos da melhor forma. Os elementos geométricos rodoviários são todos elementos que têm forma e fazem parte da rodovia, como curvas horizontais e verticais, inclinação transversal e longitudinal das faixas de tráfego, faixas contínuas ou tracejadas da sinalização viária, dentre outros elementos que veremos no decorrer dessa disciplina. A adoção de características geométricas inadequadas poderá gerar diversas problemáticas tanto na execução quanto na operação da via. Dentre os problemas que podem surgir cita-se: • Acidentes viários. • Problemas de fluidez do tráfego. • Obsolescência precoce da via. • Altos custos de adequaçãoapós execução. • Altos custos aos usuários com uso de lubrificantes, combustíveis, etc. Desse modo, é necessário primeiramente realizar a determinação da Velocidade máxima da via e quais são as distâncias de visibilidade que precisam ser adotadas. 3.1 Velocidade A velocidade que os carros assumem em uma via basicamente depende de três elementos: o motorista, o veículo e a estrada. Segundo Pimenta (2017), o motorista influencia na velocidade em relação a sua capacidade, habilidade e estado psicológico. O veículo influência basicamente em relação ao seu tipo, potência, conservação e qualidade de combustível. E por fim a estrada em relação à geometria, à conservação, ao volume de tráfego e ao clima. Apesar de estarmos acostumados com a definição física da Velocidade, em que basicamente é a distância percorrida dividida pelo tempo gasto no percurso, para a engenharia rodoviária ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 19 ela é um elemento de complexa definição. Podemos ter diferentes tipos de velocidades dependendo do estudo e do que desejamos medir, O Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2006a) citam os seguintes tipos de velocidade quando se pensa isoladamente em cada veículo. Velocidade Instantânea: é a velocidade do veículo medida em um instante determinado, em que basicamente o trecho referente à distância percorrida tende a zero. Velocidade Pontual: é a velocidade instantânea de um veículo quando passa por uma determinada seção de controle da via, os radares policiais realizam esse tipo de medição. Velocidade Média no Tempo: é determinada pela média aritmética de todos os veículos passantes por uma determinada seção de controle, ou seja, é a média aritmética da velocidade pontual de todos os veículos que passam por aquele local. Velocidade Média de Viagem: determinada pela razão entre o comprimento de um trecho e a média dos tempos gastos pelos veículos para atravessá-lo, incluso tempo de parada. Velocidade Média de Percurso: determinada pela razão entre o comprimento de um trecho e a média dos tempos gastos pelos veículos para atravessá-lo, descontando-se os tempos de parada. Porém, para os projetos rodoviários a Velocidade mais importante é a Velocidade de Projeto. Em que baseando-se nesse valor de Velocidade, se faz todos os cálculos e definições para que em toda a extensão rodoviária os veículos consigam trafegar a essa velocidade com segurança. Assim, a Velocidade de Projeto é a máxima velocidade admita para uma rodovia. Dessa forma, deve-se garantir que um veículo transitando na Velocidade de Projeto em condições normais consiga, com segurança, transitar por toda extensão da via. Anote isso A velocidade de Projeto, conforme visto na aula passada, depende da Classificação Técnica da Rodovia e do Relevo em que ela se encontra. Sendo assim, quanto maior a Classe da Rodovia, maior será a Velocidade de Projeto e consequentemente maior será o Custo de Implantação da Rodovia. Quando pensamos na relação entre Velocidade de Projeto e a Velocidade Média de Percurso, ou seja, entre a velocidade máxima e a velocidade média dos veículos, podemos chegar a algumas conclusões, conforme apresentado na figura a seguir. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 20 Relação entre Velocidade de Projeto e Velocidade Média de Percurso. Fonte: DNIT (2006ª) A Velocidade Média de Percurso sempre será menor que a Velocidade de Projeto, apesar de possivelmente existirem veículos que transitam acima dessa velocidade. Um elemento que influencia nessa relação é o volume de tráfego, uma vez que o Volume de Tráfego se relaciona com a Densidade de Tráfego, em que maiores volumes consequentemente levam a maiores densidades. Com Densidades elevadas se tem baixa liberdade de manobras e de escolha de velocidades e isso leva a uma Velocidade Média de Percurso muito abaixo da Velocidade de Projeto. Em contrapartida o inverso também é válido, com baixos volumes de tráfego (e consequentemente baixas densidades) os motoristas têm maior liberdade de manobras, como troca de faixas e ultrapassagens, e de velocidades, dessa forma se têm Velocidades Médias de Percurso que se aproximam das Velocidades de Projeto. 3.2 Distância de Visibilidade Distância de Visibilidade é a extensão da estrada que pode ser vista a frente pelo motorista ela é um importante elemento de segurança, já que é a partir dela que regularizamos alguns tipos de movimentações em pista, além de avaliarmos alguns elementos de projeto conforme o trecho visível à frente. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 21 Dessa forma, quanto mais uma estrada permite que o usuário tenha uma maior distância de visibilidade, mais segura essa via é neste aspecto. Dessa forma, precisamos garantir que se tenha essa distância de segurança. Basicamente existem dois tipos de Distância de Visibilidade, a Distância de Visibilidade de Frenagem e a Distância de Visibilidade de Ultrapassagem. Vamos conhecer um pouco sobre elas. 3.2.1 Distância de Visibilidade de Frenagem A Distância de Visibilidade de Frenagem (Df) é a distância de visibilidade mínima necessária para que um veículo que percorre a estrada, na velocidade de projeto, possa parar, com segurança (PIMENTA, 2017). Dessa maneira, essa Distância de Visibilidade de Frenagem é composta por outras duas distâncias, Distância de Percepção e Reação (d1) e a Distância Percorrida na Frenagem (d2), conforme apresentado na figura a seguir. Composição da Distância de Visibilidade de Frenagem. Fonte: (PIMENTA, 2017) A distância de Percepção e Reação (d1) é a distância que o veículo percorre durante o período entre o motorista percebe um obstáculo na via e tem a reação de iniciar o processo de frenagem pisando no freio. Como nesse processo não existe uma variação na velocidade, e considera-se que o veículo trafega na Velocidade de Projeto, basta multiplicar a Velocidade do Veículo pelo tempo gasto nessa reação, como expresso na seguinte fórmula: d1 = Vp.Tr Em que Vp é a Velocidade de Projeto e Tr é o tempo de reação. Usualmente é adotado como o tempo gasto no processo de percepção e reação é de 2,5 segundos. Dessa forma, ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 22 tem-se o seguinte realizando a transformação das unidades para d1 em metros e Vp em quilômetros por hora: d1(m) = 0,7.Vp ) A distância Percorrida na Frenagem (d2) é a distância que o veículo percorre no momento em que se inicia a frenagem, ainda com a velocidade em que trafegava, até o momento da total parada, velocidade igual a zero. Assim, é calculada com base na perda de carga cinética do veículo. Simplificadamente tem-se: d2 = 0,0039. ) Em que a Distância Percorrida na Frenagem (d2) em metros, Velocidade de Projeto (Vp) em quilômetros por hora, Declividade da pista (i) em metro por metro (m/m) e fator de atrito (f) adotado conforme a tabela abaixo: Vp (Km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 f 0,40 0,38 0,35 0,33 0,31 0,30 0,30 0,29 0,28 0,28 Tabela 1 – Determinação do coeficiente de atrito pneu-pavimento. Fonte: (PIMENTA, 2017) Juntando as duas fórmulas apresentadas têm-se: Df = 0,7.Vp + 0,0039. ) Se o veículo estiver em um trecho de descida, deve-se adotar um valor da declividade da pista (i) como negativo, porém se o veículo estiver subindo uma rampa, o valor será positivo. 3.2.2 Distância de Visibilidade de Ultrapassagem Distância de Visibilidade de Ultrapassagem (Du) é o comprimento de estrada necessário para que um veículo possa ultrapassar outro, pela faixa de tráfego oposta, com segurança (PIMENTA, 2017). ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 23 A Distância de Visibilidade de Ultrapassagem é analisada somente quando se deseja permitir que a ultrapassagem ocorra na faixa de sentidode tráfego contrário, normalmente em trechos de pista simples. É determinada pelo somatório de outras quatro distâncias. • d1: distância percorrida entre a percepção e a aceleração inicial • d2: distância percorrida durante a ocupação da faixa de trafego oposta • d3: distância de segurança • d4: distância percorrida pelo veículo no sentido oposto Existem duas fases nesse processo, a 1ª fase de decisão, em que o motorista toma a decisão de realizar a ultrapassagem, inicia o processo e faz a ocupação da faixa de sentido contrário percorrendo 1/3 da distância de ocupação dessa faixa. Se o motorista nesse processo percebe outro veículo se aproximando na faixa contrária, essa manobra é abortada e se retorna a faixa sem concluir a ultrapassagem. Porém, se o motorista já tiver percorrido mais de 1/3 da distância d2, de ocupação da faixa contrária, ele irá finalizar a ultrapassagem. Esse processo de finalização da ultrapassagem é denominado como 2ª fase da ultrapassagem. Observe na figura a seguir essas duas fases. Composição da Distância de Visibilidade de Ultrapassagem. Fonte: Elaborado pelo autor (2021) Por um critério de simplificação, podemos a partir da Velocidade de Projeto fazer a determinação da Distância Média de Ultrapassagem, conforme valores da tabela a seguir: ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 24 Vp (Km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Du (m) 258 285 311 338 446 503 617 727 792 856 Tabela 2 – Determinação da Distância de Visibilidade de Ultrapassagem. Fonte: Elaborado pelo Autor (2021) Dessa forma, nesta aula vimos alguns conceitos de Velocidade nas rodovias e estudamos como determinar a Distância de Visibilidade de Frenagem e de Ultrapassagem. Na nossa próxima aula iremos conversar sobre Estudos que precisam ser realizados em campo para iniciar o processo de traçado da rodovia. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 25 AULA 4 CONDICIONANTES E DETERMINAÇÃO DO TRAÇADO Olá, Alunos! Nesta aula iremos conversar um pouco sobre os estudos que devem ser realizados para realizar os levantamentos das condicionantes que influenciam no traçado rodoviário e então determiná-lo. Na primeira parte da aula vamos abordar os estudos que precisam ser feitos e quais as características deles, e na segunda parte como devemos realizar os traçados. 4.1 Condicionantes do Traçado O Traçado rodoviário é feito projetando a via sobre o terreno para isso é necessário que se conheça o terreno e os elementos dele que limitam ou dão maiores possibilidades da escolha do traçado. Quando pensamos em uma estrada precisamos pensar que ela necessariamente liga dois extremos e existem diversas possibilidades de traçados para a ligação desses dois pontos. Por isso é necessário que seja conhecido o espaço que está entre os pontos para que o melhor traçado seja adotado. Para isso analisamos o terreno e realizamos a marcação da chamada Diretriz Viária que é uma ampla faixa de terreno a qual desejamos estudar. Depois de estudar a Diretriz, dentro dela podemos realizar a marcação do melhor Traçado, uma vez que conhecemos as características do terreno. Observe a seguinte figura em que foi realizada a determinação da Diretriz e do Traçado. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 26 Diretriz e Traçado. Fonte: Elaborado pelo autor (2021) Dessa forma, os estudos que devem ser realizados serão feitos a partir da Diretriz para a determinação das características da área. Segundo Pimenta (2017), as características que são levantadas nesse espaço são chamadas de condicionantes do traçado, vamos conversar sobre as principais condicionantes a serem avaliadas. 4.1.1 Topografia A topografia é uma das principais condicionantes, isso porque ela influencia de maneira direta nos custos da obra, nas velocidades a serem consideradas em projeto (conforme vimos na aula passada quando conversamos sobre Classificação técnica) e na fluidez do tráfego. A topografia basicamente pode ser classificada em relevo plano, relevo ondulado e relevo montanhoso. Essa classificação é feita de maneira subjetiva pela observação do relevo pelo responsável pelo projeto. O relevo Plano é o que gera mais facilidade na escolha do traçado, dando maior liberdade ao projetista e os custos de obra serão mais baixos, uma vez que será necessária menores movimentações de terra. Por sua vez o relevo Ondulado apresenta uma dificuldade moderada quando se pensa na escolha do traçado e tem-se um custo intermediário devido à terraplenagem. Já o relevo Montanhoso gera grandes dificuldades na escolha de traçados e na adoção de técnicas para superar grandes dificuldades, como um traçado em zigue-zague. O seu custo de execução é muito elevado já que será necessária a realização de altos volumes de terraplenagem e execução de obras de arte especial, como pontes. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 27 4.1.2 Geotecnia e Geologia Pela análise da geotecnia e geologia é avaliado o solo em que se faz sondagens para que sejam conhecidos valores de profundidade de solo, diferentes tipos de solo nas camadas, capacidade de suporte do solo, entre outras análises de caracterização. Segundo Pimenta (2017), essa análise deve prever a locação de solos moles que precisam ser evitados por não possuir suporte de carga, caracterização da dificuldade de escavação dos materiais e análise de estabilidade de taludes. 4.1.3 Hidrologia e Hidrografia A Hidrologia e Hidrografia dizem respeito da presença de água superficial ou subterrânea para cada uma dessas é necessária a adoção de diferentes soluções quando pensamos nas obras rodoviárias. Anote isso A água superficial, como rios e lagos, são obstáculos que precisarão ser evitados ou superados. Caso se tenha que superá-los será necessária a adoção de alguma estrutura, como uma ponte. Essas estruturas geram custos elevados para as obras. É indicada a escolha do local de transposição de um rio no ponto em que se tenha um estreitamento da largura. Essa transposição também deve ser feita ortogonalmente ao eixo do rio (PIMENTA, 2017). A presença do nível da água próxima à superfície do solo também é uma problemática, já que os pavimentos se deterioram com mais velocidade na presença de água, desse modo essas regiões precisam ser evitadas. Caso não possa ser evitada deve-se realizar a adoção de algum mecanismo, como uma drenagem profunda ou a elevação do nível do pavimento por aterramento. 4.1.4 Desapropriações Quando é feita a implantação de uma nova rodovia, o local em que será executado o pavimento precisa ser desapropriado e o estado que fica responsável pela área. Porém, não é somente a largura da rodovia que precisa ser desapropriada é necessário realizar a ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 28 desapropriação de toda a faixa de domínio e esta tem largura variável conforme o porte da rodovia que será executada. Então, essa desapropriação tem um impacto direto na viabilidade econômica, já que deve ser feita a indenização ao proprietário da área, e caso existam algum tipo de benfeitorias (construções) esse custo se torna mais elevado. 4.1.5 Ecossistema e Patrimônio Histórico O Ecossistema leva em consideração a Fauna e Flora deve ser avaliado as APPs, Zonas de Preservação Ambiental e outros elementos próprios da área de estudo ambiental. Dessa forma, deve ser avaliado os impactos ambientais e pensar em planos de mitigação e compensação ambiental. Esse processo de Licenciamento Ambiental é realizado nos órgãos conforme a jurisprudência da rodovia. Da mesma forma se tiver indícios de bens relativos ao patrimônio histórico em uma região que uma rodovia deverá passar é necessário que sejam feitos estudos mais aprofundados e acompanhamento arqueológico na execução. Também se deve ter anuência doIPHAN (Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional) para realização das obras. Isto está na rede Nos últimos anos, a atividade de pesquisa arqueológica aumentou com os licenciamentos ambientais de projetos que causam alterações no solo e subsolo, em vários estrados brasileiros. Muitas obras - especialmente as de grande porte como a construção de rodovias, represas, ferrovias e outras obras de infraestrutura - podem produzir grande impacto no patrimônio arqueológico. Neste contexto, as pesquisas são necessárias para que seja verificada a existência de bens e/ou sítios arqueológicos nos locais onde as obras são realizadas. O Iphan é o órgão encarregado da tutela e gestão do Patrimônio Cultural Brasileiro. As ações do Iphan, para proteção do patrimônio arqueológico, são desenvolvidas por meio do Centro Nacional de Arqueologia (CNA) que atua na fiscalização de sítios arqueológicos cadastrados, com a concessão de autorização para pesquisas, a emissão de pareceres, a realização de vistorias e a determinação de embargos e, em casos excepcionais, no salvamento de sítios ameaçados. O CNA executa, também, estudos e elabora Relatórios de Impacto Ambiental (EIA/Rima) de empreendimentos potencialmente capazes de afetar o patrimônio arqueológico brasileiro. Fonte: Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional - IPHAN (Link de acesso: http://portal.iphan.gov.br/pagina/detalhes/1698/) http://portal.iphan.gov.br/pagina/detalhes/1698/ ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 29 Também precisam ser levantados outros elementos intrínsecos a área que possam influenciar na locação da rodovia, como interligações com malhas urbanas, outras rodovias que serão cortadas, marcação de zonas turísticas, dentre outros elementos de relevância regional. 4.2 Determinação do Traçado Os Pontos Obrigados são uma compilação de todo o estudo das condicionantes de traçado em que se fará a marcação no mapa da área dos pontos que devem ser obrigatoriamente atingidos e os pontos que devem ser obrigatoriamente evitados. Segundo Lee (2008), os pontos Obrigados podem ser classificados em: Pontos Obrigados de Condição – que são os pontos a serem obrigatoriamente atingidos (ou evitados) pelo traçado, por razões de ordem social, econômica ou estratégia, tais como a existência de cidades, vilas, povoados, de áreas de reservas, de instalações industriais, militares, e outras a serem atendidas (ou não) pela rodovia; Pontos Obrigados de Passagem – que são aqueles em que a obrigatoriedade de serem atingidos (ou evitados) pelo traçado da rodovia é devida a razões de ordem técnica, face à ocorrência de condições topográficas, geotécnicas, hidrológicas e outras que possam determinar a passagem da rodovia, tais como locais mais (ou menos) convenientes para as travessias de rios, acidentes geográficos e locais de ocorrência de materiais (LEE, 2008, p.64). Basicamente esses pontos são obtidos pelos estudos citados anteriormente, por exemplo, iremos fazer a marcação dentro da diretriz de um relevo muito acentuado o qual desejamos evitar. Também realizaremos a marcação do ponto em que se tem o estreitamento da largura do rio que o traçado precisa cortar, e assim sucessivamente todos os outros pontos que nos nossos estudos, por critério técnico ou econômico, vimos que precisam ser atingidos ou evitados. Tendo feita as devidas marcações em mapa é realizado o traçado da rodovia no trecho que melhor atende as expectativas podemos fazer esse traçado por meio de retas que são ligadas pelos seus extremos (que são chamadas Tangentes) ou já podemos iniciar o processo de criação dos trechos em Curva interligando as Tangentes. A respeito da combinação do traçado entre as Tangentes e Curvas Circulares iremos abordar na nossa próxima aula, até lá. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 30 AULA 5 PROJETO EM PLANTA: CURVAS HORIZONTAIS SIMPLES Olá, aluno! Conforme visto na Aula 3 da nossa disciplina, o Projeto Geométrico Rodoviário tem sua representação gráfica usualmente em três grupos de desenhos, em que cada um deles apresenta algumas características de duas dimensões da rodovia. São eles o projeto em planta, as seções transversais e o perfil longitudinal. Nesta aula iremos abordar alguns aspectos da análise em planta, em que falaremos basicamente dos seus dois principais elementos, as tangentes, que são os trechos retos e as curvas horizontais, que são os trechos curvos. Estas últimas podem ser Curvas Horizontais Simples ou Curvas Horizontais com Transição. 5.1 Tangentes Existem dois meios básicos de realizar o traçado de uma rodovia. O primeiro deles é com base no estudo da topografia do local realizar a locação de retas (tangentes) pelo terreno e então nos pontos de intersecção inserir as seções curvas (curvas horizontais). Outro meio é localizar os “pontos obrigados” (vimos sobre eles na Aula 3) e colocar curvas sobre eles, e então realizar a concordância entre as curvas com retas tangentes (por isso as seções retas recebem esse nome) (PIMENTA, 2017). Anote isso Quando pensamos no projeto em planta, é necessário sempre delimitar um sentido, em que se inicia na Estaca 0 (zero) e se direciona para a continuidade do traçado. O estaqueamento é um tipo de medida nas obras rodoviárias. Normalmente cada estaca tem o valor de 20 metros. Em algumas fases de estudo pode-se usar estaqueamento de 50 metros, mas eles não são tão comuns. Dessa forma, se falamos de um ponto a 100 metros da origem (estaca 0) esse ponto estaria na estaca 5, e um ponto que estivesse a 316,20 metros da estaca 0, estaria na estaca 15 + 16,20m. Ao invés de falarmos estaca 15 + 16,20 m podemos simplesmente escrever [15 + 16,20], ou estaca 5, podemos escrever [5 + 0,00] ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 31 Em relação à combinação entre tangentes e curvas horizontais, Lee (2008) afirma que devemos evitar trechos em Tangente com mais de 3 km de extensão. Isso se deve ao fato que os motoristas ficam desatentos e cansados em grandes trechos sem alterações, sendo assim podendo provocar acidentes, mesmo em vias com boa conservação. 5.2 Curvas Horizontais As curvas horizontais podem ser classificadas em Curvas Horizontais Simples ou Curvas Horizontais com Transição. Para ambas deve-se realizar a adoção de um raio de curva que melhor se adapte ao traçado do terreno. As Curvas Horizontais Simples são os próprios trechos circulares, formados por aros de circunferência que se ligam diretamente às tangentes. Por sua vez as Curvas Horizontais com Transição são os mesmos arcos de circunferência que são ligados às tangentes com o auxilio de trechos chamados de Transição. Vamos ver um pouco sobre cada um deles. 5.2.1 Curvas Horizontais Simples As Curvas Horizontais Simples são sempre diretamente interligadas com as tangentes, conforme demonstrado na figura abaixo. A projeção das tangentes faz com eles se encontrem em um ponto que denominamos de Vértice da Poligonais ou também Ponto de Interseção das Tangentes. Sucessão de curvas horizontais simples. Fonte: Adaptado de (LEE, 2008) ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 32 Existem três pontos notáveis nas Curvas Horizontais Simples, o primeiro, como abordado anteriormente é o Ponto de Interseção das Tangentes (PI). O segundo ponto notável é o Ponto de Curva (PC) em que ocorre o início da curva no ponto de transição entre a tangente e a curva. E o terceiro ponto notável é o Ponto de Tangente (PT) que marca o fim da curva na concordância entre a tangente e a Curva. A figura a seguir apresenta esses pontos notáveis e outros elementos das curvas horizontais simples. Sucessão de curvas horizontais simples. Fonte: Adaptado de (LEE, 2008) Os elementos dessas curvas horizontais: • R é o raio da curva, em metros. • AC é o ângulo Centralda curva em graus. • T é a tangente da curva, em metros. • D é o desenvolvimento da curva, em metros. • O é o centro da curva em coordenadas X e Y. Perceba que a deflexão entre as Tangentes no ponto PI tem o mesmo ângulo que o Ângulo Central da Curva. Dessa forma podemos definir numericamente algumas fórmulas para a determinação da Tangente de curva e do Desenvolvimento de curva. Dessa maneira é possível definir os elementos e encontrar as estacas em que se encontram o ponto PC e PT se tivermos a estaca do PI, o T e o D. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 33 (Estaca do PC) = (Estaca do PI) - T (Estaca do PT) = (Estaca do PC) + D Vamos resolver um exemplo para compreendermos melhor o que foi trabalhado até agora. Digamos que uma determinada Intersecção de tangentes se encontra em [50 + 12,33], têm- se uma deflexão entre as tangentes num valor de 30º e o raio da curva será de 300 metros. Deseja-se saber qual serão as estacas de PC e PT. Primeiramente devemos determinar o valor da Tangente de Curva (T) e o valor do Desenvolvimento da Curva (D) Agora é só realizar a determinação das estacas, lembrando que nas estacas os primeiros números dizem respeito a estacas cheias, ou seja, para encontrar a distância devemos multiplica-los por 20 metros e aí somamos o segundo valor. Para transformar o valor final em estaca basta fazer o processo inverso. • (Estaca do PC) = (Estaca do PI) - T = [50 + 12,33] - 80,38m = 50.20 + 12,33 - 80,38 = 931,95m = [46 + 11,95] • (Estaca do PT) = (Estaca do PC) + D = [46 + 11,95] + 157,08m = 46.20 + 11,95 + 157,08 = 1089,03 = [54 + 9,03] Dessa forma, a estaca do PC e do PT encontram-se respectivamente em [46 + 11,95] e [54 +9,03]. 5.2.2 Curvas Horizontais com Transição Além das Curvas Horizontais Simples é possível adotar as Curvas Horizontais com Transição, a diferença entre elas é o uso de uma seção de transição entre os trechos tangentes e a seção circular, como é possível observar na figura seguinte. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 34 Vistas em perspectiva de curvas horizontais com e sem transição. Fonte: (PIMENTA, 2017) É possível observar que o uso de transição gera um equilíbrio estético melhor para o trecho, uma vez que não se tem uma “entrada seca” na curva. Isso faz com que se tenha um ganho acentuado de segurança e conforto aos usuários. Isto acontece na prática Na prática o uso das Curvas Horizontais Simples não é indicado por uma série de problemáticas que podem ser evitadas se adotarmos seções de transição. Porém, o uso da transição faz com que a locação dos elementos da curva seja mais complexa, uma vez que a transição apresentará uma variação continuada do raio que variará de infinito até o raio da curva projetada. Iremos abordar com mais detalhes as Curvas Horizontais com Transição na nossa próxima Aula, até lá! ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 35 AULA 6 PROJETO EM PLANTA: CURVA HORIZONTAL COM TRANSIÇÃO Olá, aluno! Nesta aula iremos abordar um pouco sobre as Curvas Horizontais com transição, para isso precisamos compreender as deficiências das Curvas Horizontais Simples no quesito trafegabilidade. A concordância das Curvas Horizontais Simples com as tangentes acontece drasticamente, ou seja, enquanto o motorista está trafegando for um trecho reto, em um determinado momento ele acessa um trecho com um raio finito e isso gera certa instabilidade nesse ponto. Segundo Pimenta (2017), a descontinuidade de curvatura no ponto de ligação entre uma tangente e uma curva não pode ser aceita quando se realiza um traçado racional. Para minimizar esse desconforto existem zonas de transição nas Curvas Horizontais com Transição. Em que existe uma variação gradativa do raio, considera-se as tangentes como curvas com raios excessivamente grandes que o Desenvolvimento aparentemente é retilíneo. Dessa forma esse raio tendendo ao infinito tem uma variação na transição até um raio mensurável, igual ao valor do Raio do trecho circular. Esse trecho com a mudança progressiva da curvatura é utilizado para cumprir as seguintes funções. • Permitir uma mudança contínua da superelevação (iremos ver sobre ela nas aulas futuras). • Propiciar uma variação gradual da aceleração centrífuga entre o trecho da tangente e o trecho da curva horizontal. • Possibilitar que o veículo se mantenha no centro de sua faixa de rolamento na passagem entre o trecho reto e curvo. • Propiciar um trecho sem descontinuidade da curvatura e esteticamente agradável. Segundo Pimenta (2017), a descontinuidade de curvatura no ponto de ligação entre uma tangente e uma curva não pode ser aceito quando se realiza um traçado racional. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 36 6.1 Tipos de Transição Quando falamos de Transições em curvas horizontais, necessitamos pensar em uma seção de via que aplique uma variação entre um raio infinito até o valor do raio da curva. Dessa forma, qualquer transição que faça isso em uma extensão conveniente poderia ser utilizada. Porém, alguns tipos de transição acabam sendo melhores do ponto de vista técnico. As curvas mais usadas para a realização das transições normalmente são Clotoide (ou Espiral), Lemniscata e a Parábola Cúbica. Quando fazemos a escolha dentre as diversas curvas para serem usadas como transição “a clotoide é a mais vantajosa do ponto de vista técnico e é a mais indicada como traçado racional” (PIMENTA, 2017). Sendo assim, para o uso da transição utilizaremos somente esse tipo de curva que também é conhecida como espiral de transição. A clotoide é determinada pela seguinte equação: R.L = K Em que R é o raio, L o comprimento percorrido e K é uma constante. Dessa forma, ao adotarmos diferentes valores de K teremos diferentes espirais, como podemos visualizar na imagem a seguir. Família de Transições com diferentes valores de K. Fonte: (PIMENTA, 2017) ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 37 Como o conceito é que na transição o raio varie de um valor infinito até o valor do raio da curva. Quando o comprimento percorrido for próximo a zero (logo no início da transição), o raio tenderão infinito, pois K é um valor constante. E ao fim da transição quando for percorrido todo o comprimento da transição (Ls), deve-se ter o raio igual ao Raio da Curva (Rc). Assim, temos o seguinte: K = Rc.Ls Dessa forma, a determinação da constante K fica dependendo do Raio da Curva, que tem uma característica projetual já definida e do tamanho que se deseja adotar para a transição, que veremos na seção 6.3. 6.2 Elementos das Curvas de Transição A sequência de passagem que um motorista trafegando por uma estrada irá fazer, em um trecho em que se tenha uma Curva Horizontal com Transição, será a seguinte. Ele estará em um trecho em tangente, seguido então por uma transição de comprimento Ls, que tem seu raio variando de infinito até o valor Rc. Na sequência entrará no trecho curvo com rio Rc constante de comprimento igual ao desenvolvimento da curva. Então entrará em um novo trecho de transição que também tem um comprimento Ls, mas o raio agora variará de Rc até infinito, então entrará num novo trecho de tangente. Dessa forma, temos quatros pontos notáveis nesse esquema: • TS – (“tangent-to-spiral”) é o ponto de concordância entre a tangente e a transição espiral. • SC – (“spiral-to-curve”) é o ponto de concordância entre a transição espiral e a curva circular. • CS – (“curve-to-spiral”) é o ponto de concordância entre a curva circular e a transição espiral. • ST – (“spiral-to-tangent”) é o ponto de concordância entre a transição espiral e a tangente. A seguinte figura apresenta de maneira simplificada os elementos de uma Curva Horizontal com Transição, em que é possível observar a locação dos pontos notáveis.Também é possível ver claramente onde estão as tangentes, as transições e a curva circular. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 38 Elementos da Curva Horizontal com Transição. Fonte: Adaptado de (PIMENTA, 2017) Os elementos da curva com transição são: • AC é o ângulo central da curva e tem o mesmo valor da deflexão entre as tangentes. • O′ é o centro da circunferência deslocada. • p é o afastamento. • Rc é o raio do trecho circular. • TT é a Tangente total Existem três maneiras de realizarmos a composição de uma Curva Horizontal com Transição. A primeira delas e a utilizada nesse material. É metodologia com a Conservação do Raio em que se faz o afastamento/deslocamento do centro da circunferência. A título de comentário, também pode ser utilizado o método do centro conservado, em que o valor do raio será descontado o valor do afastamento, e o método do centro e do raio conservados em que se tem o afastamento/deslocamento do Ponto de Interseção das Tangentes. 6.3 Comprimento da Transição Para realizar a determinação desses elementos, o primeiro que necessitamos definir é o comprimento da transição (Ls). ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 39 Anote isso Para a determinação de qual é o comprimento da transição que precisará ser adotado deve-se definir qual é o Comprimento de Transição Mínimo (Lsmín) e qual é o Comprimento de Transição Máximo (Lsmáx). Qualquer valor entre esse mínimo e máximo pode ser utilizado como o Comprimento de Transição dessa curva. 6.3.1 Comprimento de Transição Mínimo O comprimento de Transição mínimo deve ser o maior valor encontrado dentre os três critérios seguintes. 6.3.1.1 Critério Dinâmico Este critério é baseado na taxa máxima de variação da aceleração centrífuga por uma unidade de tempo. Estabelece-se que essa taxa máxima tem valor de 0,6 m/s²/s, dessa forma o valor do Comprimento de Transição Mínimo pelo critério dinâmico é encontrado pela seguinte fórmula: Em que o Comprimento de Transição Mínimo (Lsmín) e o Raio da Curva (Rc) são expressos em metros e a Velocidade de Projeto (Vp) em km/h. 6.3.1.2 Critério de Tempo É estabelecido o tempo mínimo de dois segundos para que o motorista passe por essa transição. Dessa forma, a determinação do Comprimento de Transição Mínimo pelo critério de tempo é determinado somente pela Velocidade de Projeto (Vp) pela seguinte fórmula: Em que o Comprimento de Transição Mínimo (Lsmín) é expresso em metros e a Velocidade de Projeto (Vp) em km/h. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 40 6.3.1.3 Critério estético O critério estético diz respeito à inclinação transversal da via, devido à superelevação. Iremos estudar a superelevação (e) na próxima aula, ela basicamente é uma declividade transversal, proporcionando a elevação da extremidade externa da rodovia em um trecho curvo, que faz com que a força peso do veículo auxilie na resistência à força centrífuga que tenta expulsar da curva. A superelevação é expressa em porcentagem Dessa forma, a determinação do Comprimento de Transição Mínimo pelo critério estético vai depender da superelevação (e) da largura da Faixa (lf) e da Velocidade de Projeto. Tem-se duas fórmulas, uma para Velocidades de Projeto (Vp) menores ou iguais a 80km/h e outra para Velocidades de Projeto acima de 80 km/h. Para Vp ≤ 80 km/h: Para Vp > 80 km/h: Em que o Comprimento de Transição Mínimo (Lsmín) e Largura da faixa (lf) são expressos em metros, superelevação (e) em % e a Velocidade de Projeto (Vp) em km/h. 6.3.2 Comprimento de Transição Máximo O comprimento de Transição máximo é encontrado quando as transições são tão grandes que elas se encontram, ou seja, não se têm uma seção de curva circular. Dessa forma, a determinação do Comprimento de Transição Máximo (Lsmáx) é realizado pela seguinte fórmula: Em que o Comprimento de Transição Máximo (Lsmáx) e o Raio da Curva (Rc) são expressos em metros, o ângulo Central (AC) em graus. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 41 6.3.3 Comprimento de Transição Desejável O comprimento de Transição Desejável (Lsdes) é aquele que iremos adotar como o comprimento de transição no projeto. Podemos adotar qualquer valor que esteja entre o Comprimento de Transição Mínimo e Máximo. Isto acontece na prática Quando realizamos a adoção de Comprimentos de Transição muito elevados (próximos ao máximo) geramos curvas com um afastamento muito grande do centro da circunferência original, isso é algo indesejado. Dessa forma, podemos definir que o comprimento de Transição desejável é duas vezes o valor do Comprimento de Transição Mínimo calculado pelo Critério Dinâmico, ou seja, (Lsdes = 2.Lsmín.crit.dinâmico) desde que esse valor seja menor que o valor do Comprimento de Transição Máximo e maior que os comprimentos de Transição encontrados nos outros dois critérios. Fonte: Pimenta (2017) Vamos realizar a resolução de um exemplo para que fique mais claro. Digamos que ao calcular os valores dos comprimentos de transições se chegou aos seguintes valores: • Comprimento de transição mínimo pelo critério dinâmico = 35m; • Comprimento de transição mínimo pelo critério de tempo = 30m • Comprimento de transição mínimo pelo critério estético = 50m • Comprimento de transição máximo = 130m O valor desejável a ser adotado, seria duas vezes o valor do Comprimento de transição mínimo pelo critério dinâmico, dessa forma 70 metros. A adoção dos 70 metros é maior que o Comprimento de Transição Mínimo, em que é o maior valor dentre os três critérios (50 metros) e é menor que o Comprimento de Transição Máximo (130 metros). Então realizamos a adoção desse valor de comprimento de transição, o Comprimento de Transição Desejável de 70 metros. Alunos, na nossa próxima aula iremos abordar sobre as superelevações e superlarguras que são elementos da seção transversal do pavimento, mas que são utilizados nas trajetórias das Curvas Horizontais até lá! ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 42 AULA 7 SEÇÃO TRANVERSAL Olá, alunos! Nesta aula iremos conversar sobre a seção transversal de uma rodovia. Essa seção é um elemento de projeto no qual é cortada a via transversalmente e assim se torna possível a observação da largura das faixas, dos acostamentos, da inclinação transversal do pavimento, além dos taludes de corte e aterro, caso existam. 7.1 Elementos das Seções Transversais Nas seguintes figuras é possível observar uma seção transversal padrão de uma rodovia com pista simples e de uma rodovia de pista dupla com separação das faixas de tráfego. Seção Transversal de Rodovia com pista simples. Fonte: (PIMENTA, 2017) Seção Transversal de Rodovia com pista dupla separada por canteiro central. Fonte: (PIMENTA, 2017) ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 43 A determinação das larguras das pistas de rolamento são conforme a classificação técnica da Rodovia e do Relevo, da mesma forma que consideramos para a determinação da Velocidade de Projeto. Podemos ver na seguinte tabela os valores que devemos adotar. CLASSES DE PROJETO LARGURA DA FAIXA DE ROLAMENTO (m) Plano Ondulado Montanhoso 0 3,6 3,6 3,6 I 3,6 3,6 3,5 II 3,6 3,5 3,3 III 3,5 3,3 3,3 IV A 3,0 3,0 3,0 B 2,5 2,5 2,5 Tabela 1 – Largura da Faixa em função da classe da rodovia e do relevo. Fonte: (PIMENTA, 2017) De maneira semelhante é realizada a determinação da Largura das faixas de Acostamento que são faixas destinadas a paradas emergenciais dos usuários, evitando assim a parada na pista de rolamento. Vemos na seguinte tabela os valores que devem ser adotados para o acostamento. CLASSES DE PROJETO LARGURA DO ACOSTAMENTO (m) Plano Ondulado Montahoso 0 3,5 3,0 3,0 I 3,0 2,5 2,5 II 2,5 2,5 2,0 III 2,5 2,0 1,5 IV A 1,3 1,3 0,8B 1,0 1,0 0,5 Tabela 2 – Largura da Faixa em função da classe da rodovia e do relevo. Fonte: (PIMENTA, 2017) ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 44 Anote isso A inclinação transversal da via tem duas funções, a primeira é em relação à Drenagem para que não seja acumulada água no pavimento e escoe lateralmente. Ela diz respeito à inclinação mínima (ou abaulamento mínimo) que devemos adotar e os valores variam conforme o tipo de revestimento adotado: • Revestimento Betuminoso com granulometria aberta: 2,50 a 3,00% • Revest. Betuminoso de alta qualidade: 2,00% • Pavimento de concreto de cimento:1,50%. A outra função da inclinação transversal é da estabilidade nas curvas que veremos na sequência ao conversarmos sobre a Superelevação. 7.2 Superelevação e Superlargura Conforme vimos nas nossas aulas, ao determinar a Velocidade de Projeto “procura-se estabelecer, ao longo do traçado em projeto, condições tais que permitam aos usuários o desenvolvimento e a manutenção de velocidades de percurso próximas à velocidade de referência, em condições de conforto e segurança” (LEE, 2008). Quando abordamos os conceitos do projeto em Planta foi possível ver a diferença da “sensação de liberdade” que o usuário tem quando realiza o percurso em trechos de Tangentes e em Trechos curvos. Dessa forma, pode ser que ao trafegar pelos trechos curvos podem afetar a disposição do usuário em manter a mesma velocidade nesses trechos. Assim, veremos nesta aula os conceitos de Superelevação e Superlargura que são elementos da seção transversal da via que visam a minimização dos desconfortos inerentes aos trechos curvos. 7.2.1 Superelevação Quando um veículo trafega por um trecho curvo ele é submetido, além das forças atuantes em um trecho retilíneo, a uma força que tende a expulsá-lo da curva. Essa força é denominada como Força Centrífuga e ela tira a estabilidade do carro e a confiança do motorista. Por isso são adotadas inclinações transversais (maiores que o abaulamento) para que uma parcela da força peso (P), auxilie na resistência a essa Força Centrífuga (Fc). Outro ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 45 elemento que auxilia nesse processo é a Força de atrito (Fa). Podemos ver a relação de todas essas forças com a Força Normal (N) na seguinte imagem. Composição das Forças atuantes em um Veículo em uma curva com superelevação. Fonte: (PIMENTA, 2017) Podemos então afirmar que a aplicação de Superelevação nos trechos em que se tenham Curvas Horizontais é de muita importância. Porém, qual valor devemos adotar? Uma curva com superelevação excessivamente alta pode provocar o deslizamento do veículo para o interior da curva ou mesmo provocar o seu tombamento, caso ele trafegue a uma velocidade muito baixa ou, se por algum motivo, precise parar sobre a pista (PIMENTA, 2017). Dessa forma, é necessário realizar a determinação dos valores máximos da superelevação. O DNIT (2006b) apresenta os seguintes limites máximos para a adoção da Superelevação: • 12% - Somente para melhorias ou correções em vias existentes que não seja possível aumentar o raio. • 10% - Rodovias de classe 0, IA e se for plano IB para velocidades diretrizes de no mínimo 80% sem congestionamentos. • 8% - Valor mais usual, utilizado para as Classes II, III e IV e também para a classe I em regiões montanhosas. • 6% - Locais com ocupação de área adjacente, em que superelevações altas interfiram. • 4% ocupação de áreas adjacentes ainda mais problemáticas. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 46 Porém, quanto maior o Raio menor será a ação da Força Centrífuga. A seguinte tabela apresenta os valores dos raios que dispensam Superelevação em combinação com a Velocidade de Projeto. Vp (Km/h) 30 40 50 60 70 80 90 ≥100 Raios (m) maiores que 450 800 1250 1800 2450 3200 4050 5000 Tabela 1 – Valores de R que dispensam Superelevação. Fonte: DNER (1999) Dessa forma, em Curvas de Raio tão amplos pode-se desconsiderar a sua adoção, adotar somente a inclinação mínima do abaulamento para dentro da curva, por um critério de drenagem, como apresentado. Como os valores da superelevação já precisam estar aplicados na pista ao iniciar a curva e no trecho em tangente tem os valores do próprio abaulamento da via, utiliza-se a transição para realizar a evolução da superelevação, conforme apresentado na imagem abaixo para uma via com pista simples. Variação da superelevação ao longo de uma curva. Fonte: (PIMENTA, 2017) Assim, no ponto de TS (transição entre tangente-espiral) tem-se a inclinação da faixa interna com valores do abaulamento e na faixa externa uma declividade zerada, em que foi ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 47 feita esse nivelamento nos metros finais do trecho em tangente. No ponto CS (transição entre espiral-curva) os valores da inclinação já são os da superelevação e permanecem constantes até o ponto SC (transição entre curva e espiral). Desse ponto é feita a regressão até o ponto ST (transição entre tangente e espiral) que tem as mesmas características do ponto TS. 7.2.2 Superlargura Quando um veículo adentra em um trecho curvo, a ocupação da faixa pelo seu veículo é maior, isso é acentuado na utilização de veículos pesados. Dessa forma é comum realizar a adoção de acréscimos na largura das faixas nas curvas, essas são as chamadas Superlarguras. Como a Superlargura é um elemento que visa gerar mais conforto e segurança aos veículos em uma curva, primeiramente é necessário que se tenha definido qual é o Raio da curva, conforme conversado nas aulas anteriores. Então, é necessário definir qual é o veículo analisado, Pimenta (2017) aponta que podemos utilizar como veículo padrão os caminhões SU, que tem as seguintes características: • Largura (U) = 2,60m • Distância entre eixos (S) = 6,10m • Frente do veículo (F) = 1,80m • Distância lateral (B) = 0,00m • Espaço de segurança (c) para pista de 7,20 m = 0,50m O próximo ponto é calcular o valor de ∆U que é o acréscimo de largura do veículo pela diferença de trajetória, o valor de ∆F, que é o acréscimo de largura devido à diferença de trajetória entre a borda externa do pneu e a frente do veículo, e o valor de z, que é o espaço de segurança. Esses valores são determinados pelas seguintes fórmulas. Em que Rc é o raio da curva circular, em metros, e Vp é a velocidade de projeto, em km/h. Os valores de ∆U, ∆F e z são expressos em metros. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 48 Dessa forma é possível realizar o cálculo da Superlargura (∆L) pela seguinte fórmula, em que podem ser utilizados os dados de um caminhão padrão SU. ∆L=(N.∆U)+[(N-1).(∆F+B)]+z Em que ∆L é valor da superlargura, em metros, e N é quantidade de faixas de tráfego da pista, em que o valor de N em pistas simples é 2, por ter uma faixa em cada sentido. Isso acontece na prática Quando feito o cálculo, se foram determinados valores de superlargura menores que 0,20 metros, elas podem ser desconsideradas, pois o benefício pela sua adoção é muito pequeno. Valores de superlargura calculados que fiquem entre 0,20 e 0,60m são adotados valores de 0,60 metros, por se ter pouca variação no custo de execução. Já valores calculados maiores que 0,60m, devem ser adotados os respectivos valores calculados. Da mesma forma que a superelevação é evoluída no comprimento da transição, assim o acréscimo da largura (Superlargura) também é feito na fransição. Por exemplo, se temos uma Superlargura de 0,60m e um comprimento da transição de 120m iremos fazer um acréscimo de 0,005m na largura da faixa a cada metro que avançamos na transição. Com isso finalizamos nossa aula sobre a Seção Transversal dos pavimentos e iremos, na próxima aula, conversar sobre o Perfil Longitudinal da via e as Curvas Horizontais, até lá!ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 49 AULA 8 PERFIL LONGITUDINAL Olá, alunos! Sejam bem-vindos a mais uma aula. Nesta aula iremos abordar sobre o projeto conforme a perfil longitudinal da via. A determinação dos elementos que serão utilizados deve primeiramente fazer análise do perfil do terreno, pois a concordância do Perfil Longitudinal com o terreno caracterizará o volume de cortes e aterros necessários. Observe a seguinte figura, ela expressa uma seção do perfil Longitudinal de uma rodovia, compreendida entre as estacas 170 e 215. Vemos o comportamento do terreno e as rampas adotadas. A ligação entre rampas com diferentes declividades deve ser projetada as chamadas curvas de concordância ou curvas verticais. A combinação de rampas com curvas verticais leva o nome de greide. Se a linha do terreno natural está acima do greide, nessa região terá que ocorrer corte de terra, já se a linha está abaixo será necessário realizar aterro. Perfil Longitudinal. Fonte: (PIMENTA, 2017) Quando realizamos a representação do perfil Longitudinal, para que seja possível uma melhor visualização do projeto, fazemos a proporção da escala vertical ser 10 vezes maior que a escala horizontal. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 50 Como dito, o greide viário é composto pela sucessão de rampas, sejam elas ascendentes ou descendentes, concordados entre si por curvas verticais. Esses são os principais elementos do Perfil Horizontal, as Rampas e as Curvas Verticais. Vamos conversar sobre cada um deles. 8.1 Rampas As rampas precisam ser estudadas e analisadas, uma vez que veículos com diferentes pesos e potências têm comportamentos bem distintos na superação desses elementos. Dessa forma, é necessário realizar algumas determinações, em especial quanto à inclinação máxima que as rampas podem ter. A primeira consideração é que rampas de até 3% de declividade não geram influência de aumento de velocidade, em trechos descendentes, ou perca de velocidades, em trechos ascendentes. Assim, se um critério de projeto é que a rodovia seja uma rodovia de altas velocidades deve-se adotar o valor de 3% como de rampas máximas. Por sua vez, rampas de até 6% de declividade têm pouca influência em veículos de passeio (carros utilitários), mas temos uma afetação considerável das velocidades dos caminhões de carga. Inclinações superiores a 7% só devem ser utilizadas em rodovias secundárias com baixo volume de tráfego, em que não ocorra congestionamentos pela redução de velocidades dos caminhões. A seguinte tabela apresenta os valores máximos de rampas para cada classe de projeto, conforme o relevo da área. CLASSES DE PROJETO INCLINAÇÃO MÁXIMA DAS RAMPAS (%) Plano Ondulado Montanhoso 0 3,0 4,0 5,0 I 3,0 4,5 6,0 II 3,0 5,0 7,0 III 4,0 6,0 8,0 IV A 4,0 6,0 8,0 B 6,0 8,0 10,0 Tabela 1 – Inclinação máxima das rampas em função da classe da rodovia e do relevo. Fonte: (DNER, 1999) ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 51 No caso em que o comprimento de rampa seja menor que 150 metros, os valores das Rampas máximas da tabela anterior podem ser acrescidos de até mais 2,0%, pois os veículos não serão tão influenciados em uma pequena distância na perca de velocidade. Apesar de indicarmos os valores máximos das rampas, em seções de corte, em que o escoamento lateral da drenagem vai de encontro com taludes de corte, deve-se adotar uma inclinação mínima de 0,5% para pavimentos rugosos, e 1,0% para pavimentos com granulometria fechada. Para seções em que se tem aterro, ou o nível do terreno lateral a pista, esteja abaixo da coa da pista pode-se projetar trechos planos (inclinação da pista como 0,0%). 8.2 Curvas Verticais As curvas verticais são utilizadas para fazer a ligação entre diferentes rampas, em que cada rampa tem uma inclinação diferente, conforme apresentado na seguinte figura. Perfil Longitudinal. Fonte: (PIMENTA, 2017) Nas curvas verticais encontramos três pontos notáveis, que são: • PIV – Ponto de Interseção das tangentes Verticais • PCV – Ponto de Curva Vertical (marca o início da curva vertical). • PTV – Ponto de Tangente Vertical (marca o fim da curva vertical). Existem dois tipos de Curvas Verticais, as Curvas Côncavas e as Convexas. As curvas Concavas são aquelas que a concavidade está voltada para baixo, em que se tem um valor mínimo nelas. Já as Convexas são aquelas que possuem um abaulamento superior, em ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 52 que são encontrados pontos máximos na curva. A curva do exemplo anterior é uma curva Convexa. Fora os Pontos notáveis temos ainda os seguintes elementos das Curvas Verticais: • i1: é a inclinação da primeira rampa. • I2: é a inclinação da segunda rampa. • Lv: é o comprimento da curva vertical Se no sentido crescente da rodovia (em que o estaqueamento cresce) a rampa for ascendente, o valor da inclinação será positivo. Já se nesse sentido o valor da rampa for descendente, o valor da inclinação será negativo. Pelo desenho anterior temos que nesse caso i1 seria positivo e i2 negativo. Perceba que, diferentemente das curvas horizontais em que o Desenvolvimento é medido pela extensão do trecho curvo, o comprimento da curva vertical é medido somente pela sua projeção horizontal. Isso é realizado para que haja a concordância desses valores com o estaqueamento. O mesmo ocorre com o comprimento das rampas, elas não são medidos pela extensão diagonal, mas pela projeção horizontal. 8.2.1 Tipos de Curvas Horizontais Segundo Lee (2008), é possível adotar algumas formas que atenderiam satisfatoriamente as características das Curvas Verticais, que seriam: • Curvas circulares • Elipses • Parábola Cúbica • Parábola de 2° Grau Para o nosso estudo vamos considerar somente a parábola de 2º grau, que apresenta características que a torna mais vantajosa em comparação aos outros tipos de curva. Um dos principais pontos é a facilidade da realização dos cálculos das cotas, mesmo que não se tenha a mão algum software. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 53 8.2.2 Comprimento da Curva Vertical O primeiro ponto que necessitamos determinar é o comprimento da Curva Vertical (Lv), a adoção do valor fica a critério do projetista, mas deve-se atender alguns critérios relativos aos comprimentos de Curva Vertical Mínimos (Lvmín). Esses comprimentos são calculados conforme a distância de visibilidade de frenagem que vimos na nossa terceira aula. A metodologia de cálculo vai ser diferente para as curvas côncavas e para as convexas. Vamos ver quais são as fórmulas utilizadas. 8.2.2.1 Curvas Convexas Existem dois casos a serem analisados, conforme a figura abaixo, o 1º caso é para o veículo e o objeto estarem dentro do trecho curvo (ambos entre PCV e PTV), e o segundo é que ambos estão fora da curva vertical (veículo antes do PCV e o objeto depois PTV). 1º Caso – Considerando Lv > Df. Esse caso é expresso pela seguinte figura e o cálculo é feito pela fórmula abaixo. Curva Convexa com Lv > Df. Fonte: (PIMENTA, 2017) Em que |d2 - d1| é o módulo do valor, ou seja, sempre será positivo e será adotado em decimais, por exemplo, ao invés de dotar 5% iremos colocar 0,05. Lvmín e Df são expressos em metros. 2º Caso – Considerando Lv < Df. Esse caso é expresso pela seguinte figura e o cálculo é feito pela fórmula abaixo. ESTRADAS E PAVIMENTAÇÃO PROF. ALLAN CASSIOLATO BERBERT FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 54 Curva Convexa com Lv < Df. Fonte: (PIMENTA, 2017) Em que Lvmín e Df são expressos em metros. Como a distância de Visibilidade de Frenagem já é ser conhecida, pois aprendemos a calculá-la na nossa terceira aula, realizamos o cálculo do comprimento de Curva Vertical para os dois casos e verificamos qual deles é verdadeiro. Isto acontece na prática
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