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ELEMENTOS BÁSICOS PARA O PROJETO DE UMA ESTRADA Introdução Um bom projeto de uma estrada procura evitar: Curvas fechadas e frequentes Greide muito quebrado Declividades fortes Visibilidade deficiente Elementos básicos para o projeto de uma estrada 2 Regras básicas Curvas com o maior raio possível Rampa máxima somente em casos particulares e com a menor extensão possível Visibilidade assegurada em todo o traçado Cruzamentos Curvas horizontais e verticais Minimizar ou evitar cortes em rochas Cortes e aterros compensados Minimizar as distâncias de transporte Elementos básicos para o projeto de uma estrada 3 Projeto de uma estrada Elementos básicos para o projeto de uma estrada 4 Características básicas Tipo de relevo Volume de tráfego Noções de tráfego O tráfego permite estabelecer a classe de projeto Volume diário médio (VDM) Quantidade média de veículos que passa em uma seção da estrada, durante um dia Ano horizonte de projeto Determinado ano posterior à abertura da estrada, em que é possível projetar a demanda do tráfego com um certo grau de confiabilidade (em geral, 10 anos) Elementos básicos para o projeto de uma estrada 5 Noções de tráfego Previsão de tráfego no ano horizonte V = Volume futuro de tráfego V0 = Volume atual de tráfego α = fator de crescimento anual do tráfego t = nº de anos a ser considerado Elementos básicos para o projeto de uma estrada 6 Classes de projeto Elementos básicos para o projeto de uma estrada 7 Obs: VDM para o 10º ano (*) VDM na abertura da rodovia CLASSE CARACTERÍSTICAS VDM 0 via expressa decisão administrativa IA pista dupla VDM > 1400 IB pista simples VDM > 1400 II pista simples 700 ≤ VDM ≤ 1400 III pista simples 300 ≤ VDM < 700 IVA pista simples 50 ≤ VDM < 200* IVB pista simples VDM < 50* Tipo de região (relevo) Plano Topografia suave, permitindo pequenos movimentos de terra. Ondulado Terreno com ondulações não muito acentuadas, necessitando movimentos de terra de média proporção. Montanhoso Topografia com mudanças significativas nas elevações do terreno, necessitando grandes movimentos de terra. Elementos básicos para o projeto de uma estrada 8 Tipo de região (relevo) Elementos básicos para o projeto de uma estrada 9 DIFERENÇA DE NÍVEL im (m/km) RELEVO < 10 plano 10 a 35 ondulado > 35 montanhoso D hhhh i nm ...321 Velocidade de projeto (Vp) Segundo a AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials): É a máxima velocidade que um veículo padrão pode manter, em condições normais, com segurança Escolha da Vp: Padrão da estrada Principais características geométricas Elementos básicos para o projeto de uma estrada 10 Velocidade de projeto (Vp) Características geométricas mínimas: Devem proporcionar segurança ao motorista em todos os pontos da via Curvatura, superelevação, distâncias de visibilidade ↑ Vp = ↑ padrão da estrada = ↑ custo da via Única Vp para toda a estrada Valores diferentes apenas em casos especiais (como na variação acentuada da topografia da região) Elementos básicos para o projeto de uma estrada 11 Velocidade de projeto (Vp) Elementos básicos para o projeto de uma estrada 12 CLASSE Velocidade de Projeto (km/h) Plana Ondulada Montanhosa 0 120 100 80 IA 100 80 60 IB 100 80 60 II 100 70 50 III 80 60 40 IVA 60 40 30 IVB 60 40 30 Raio mínimo Menor raio que pode ser percorrido na Vp e à uma superelevação máxima admissível, com segurança e conforto Trajetória circular: veículo é forçado para fora da curva pela força centrífuga Essa força é compensada pela componente do peso do veículo, função da superelevação da curva e do atrito lateral pneu/pavimento Elementos básicos para o projeto de uma estrada 13 Raio mínimo Elementos básicos para o projeto de uma estrada 14 a P X Fa O N Y a Fc 𝑭𝑪 = 𝒎.𝒗𝟐 𝑹 𝑭𝒂 = 𝑵. 𝒇𝒕 𝑷 = 𝒎.𝒈 Equilíbrio em x: 𝑭𝒄 . 𝐜𝐨𝐬𝜶 = 𝑷. 𝒔𝒆𝒏 𝜶 + 𝑭𝒂 𝒎.𝒗𝟐 𝑹 . 𝐜𝐨𝐬𝜶 = 𝒎.𝒈. 𝒔𝒆𝒏 𝜶 + 𝑵. 𝒇𝒕 𝑵 = 𝑷. 𝒄𝒐𝒔 𝜶 + 𝑭𝒄. 𝒔𝒆𝒏 𝜶 Onde: Raio mínimo Elementos básicos para o projeto de uma estrada 15 Para: 𝜶 ↓↓↓ ⇒ 𝐜𝐨𝐬𝜶 ≈ 𝟏 𝐞 𝒔𝒆𝒏 𝜶 ≈ 𝒕𝒈 𝜶 𝒎. 𝒗𝟐 𝑹 = 𝒎.𝒈. 𝒕𝒈 𝜶 + 𝒇𝒕.𝒎. 𝒈 + 𝒇𝒕. 𝒎. 𝒗𝟐 𝑹 . 𝒕𝒈 𝜶 𝒗𝟐 = 𝑹.𝒈. 𝒕𝒈 𝜶 + 𝒇𝒕. 𝒈. 𝑹 + 𝒇𝒕. 𝒗 𝟐. 𝒕𝒈 𝜶 𝒗𝟐 − 𝒇𝒕. 𝒗 𝟐. 𝒕𝒈 𝜶 = 𝑹.𝒈. (𝒕𝒈 𝜶 + 𝒇𝒕) 𝒗𝟐. (𝟏 − 𝒇𝒕. 𝒕𝒈 𝜶) 𝑹.𝒈 = 𝒕𝒈 𝜶 + 𝒇𝒕 Como: 𝒆 = 𝒕𝒈 𝜶 = superelevação Para: 𝒇𝒕 ↓↓↓ e 𝒆 ↓↓↓ ⇒ 𝒇𝒕. 𝒕𝒈 𝜶 ≈ 𝟎 𝑹. 𝒈 = 𝒗𝟐 𝒆 + 𝒇𝒕 ⇒ 𝑹 = 𝒗𝟐 𝒈. (𝒆 + 𝒇𝒕) Para: V (km/h) e 𝒈 = 𝟗, 𝟖 𝒎/𝒔𝟐 𝑹 = ( ൗ𝒗 𝟑, 𝟔) 𝟐 𝟗, 𝟖. (𝒆 + 𝒇𝒕) Raio mínimo Elementos básicos para o projeto de uma estrada 16 Para: 𝒆𝒎𝒂𝒙 e 𝒇𝒕,𝒎𝒂𝒙 ⇒ 𝑹𝒎𝒊𝒏 Adotar sempre Rc >>> Rmin ! Raio mínimo Elementos básicos para o projeto de uma estrada 17 𝒇𝒕,𝒎𝒂𝒙 (AASHTO): 𝒇𝒕,𝒎𝒂𝒙 = 𝟎, 𝟏𝟗 − 𝑽𝒑 𝟏𝟔𝟎𝟎 𝒆𝒎𝒂𝒙 : 10%: rodovias de classe 0 e I, em regiões planas e onduladas 8%: rodovias classe I em regiões montanhosas e rodovias com demais classes de projeto 6%: áreas urbanizadas e em trechos sujeitos a redução de velocidade 4%: situações com intensa ocupação do solo adjacente Veículo de projeto Veículo teórico de uma certa categoria que vai circular na via Características físicas e operacionais equivalentes à maioria dos veículos existentes Função da composição do tráfego previsto Elementos básicos para o projeto de uma estrada 18 Veículo de projeto VP: Veículo de Passageiros Veículos leves, assimiláveis em termos geométricos e operacionais ao automóvel Vans, utilitários, pick-up’s, furgões e similares CO: Veículo Comercial Rígido Composto por unidade tratora simples (veículo não articulado) Incluindo caminhões e ônibus convencionais, normalmente de 2 eixos e 6 rodas Elementos básicos para o projeto de uma estrada 19 Veículo de projeto O: Ônibus de Longo Percurso Veículos comerciais rígidos de maiores dimensões Ônibus de turismo e caminhões longos (3 eixos) SR: Semi-Reboque Veículos comerciais articulados, com comprimento próximo ao limite para veículos articulados Constituídos normalmente de uma unidade tratora simples com um semi-reboque Elementos básicos para o projeto de uma estrada 20 Veículo de projeto Dimensões básicas Elementos básicos para o projeto de uma estrada 21 CARACTERÍSTICAS VP CO O SR Largura total do veículo (m) 2,10 2,60 2,60 2,60 Comprimento total do veículo (m) 5,80 9,10 12,20 16,80 Raio mínimo roda externa dianteira (m) 7,30 12,80 12,80 13,70 Raio mínimo roda interna traseira (m) 4,70 8,70 7,10 6,00 Veículo de projeto - VP Elementos básicos para o projeto de uma estrada 22 Veículo de projeto - CO Elementos básicos para o projeto de uma estrada 23 Veículo de projeto - O Elementos básicos para o projeto de uma estrada 24 Veículo de projeto - SR Elementos básicos para o projeto de uma estrada 25 Veículo de projeto Largura da pista de rolamento, acostamentos e ramos de interseções Superlargura Determinação dos raios mínimos internos e externos Largura dos canteiros Extensão de faixas de espera Valor da rampa máxima Altura admissível no gabarito vertical Elementos básicos para o projeto de uma estrada 26 Veículo de projeto DNER: Rodovias projetadas geometricamentepara o atendimento aos veículos do tipo CO Veículos do tipo VP atendimento com bastante folga Veículos do tipo O atendimento satisfatório Veículos do tipo SR atendimento em condições aquém das desejáveis, mas com restrições no geral aceitáveis. Elementos básicos para o projeto de uma estrada 27 Distância de visibilidade Garantir segurança e conforto aos motoristas Controle do veículo a tempo seguro no caso de uma eventualidade Melhor visibilidade possível em toda a estrada Pode ser limitada pelas mudanças de direção e declividade Depende diretamente da velocidade Distância de visibilidade de parada Distância de visibilidade de ultrapassagem Elementos básicos para o projeto de uma estrada 28 Distância de visibilidade de parada Distância mínima para que um veículo possa parar antes de atingir um obstáculo em sua trajetória Elementos básicos para o projeto de uma estrada 29 Dp D1 D2 Distância de visibilidade de parada D1: distância de percepção e reação Tempo de percepção Tempo entre o momento que o motorista percebe o obstáculo à frente e o momento que decide iniciar a frenagem AASHTO ≈ 1,5 s Tempo de reação Tempo entre a decisão e o início da frenagem ( ≈ 1,0 s) D1= 𝒗. 𝒕 = 𝟐, 𝟓. 𝒗 (em m/s) ou D1= 𝟎, 𝟕. 𝑽 (em km/h) Elementos básicos para o projeto de uma estrada 30 Distância de visibilidade de parada D2: distância de frenagem Início da frenagem até a imobilização do veículo Energia cinética do veículo deve ser anulada pelo trabalho da força de atrito ao longo da distância: Elementos básicos para o projeto de uma estrada 31 ∆𝑬𝒄 = 𝝉𝑭𝒂 𝒎.𝒗𝟐 𝟐 = 𝑷. 𝒇.𝑫𝟐 = 𝒎.𝒈. 𝒇. 𝑫𝟐 ⇒ 𝑫𝟐 = 𝒗𝟐 𝟐. 𝒈. 𝒇 = ( ൗ𝒗 𝟑, 𝟔) 𝟐 𝟐. 𝟗, 𝟖. 𝒇 Distância de visibilidade de parada D2: distância de frenagem Rampa ascendente D2 diminui Rampa descendente D2 aumenta Elementos básicos para o projeto de uma estrada 32 i > 0: rampa ascendente i < 0: rampa descendente Vp (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 f 0,40 0,37 0,35 0,33 0,31 0,30 0,29 0,28 Distância de visibilidade de parada PARADA (Dp) Elementos básicos para o projeto de uma estrada 33 Dp D1 D2 Distância de visibilidade de ultrapassagem Distância mínima necessária para que um veículo, trafegando atrás de outro mais lento, possa efetuar uma manobra de ultrapassagem com segurança e conforto Elementos básicos para o projeto de uma estrada 34 Distância de visibilidade de ultrapassagem Observações da AASHTO e recomendações do DNER: Não cabem valores para V > 100 km/h pista dupla É recomendado que se tenha trechos com visibilidade de ultrapassagem pelos menos a cada 2 km Elementos básicos para o projeto de uma estrada 35 V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 Du (m) 180 270 350 420 490 560 620 680 Resumo Velocidade de projeto Relevo Tráfego Raio mínimo Veículo de projeto Distância de visibilidade Elementos básicos para o projeto de uma estrada 36
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