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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ ALEXIA BRANQUINHO SILVEIRA DEBORAH KENIG ALEXANDRE VALKIRIA ZUCCHETTO PADILHA MEMORIAL DESCRITIVO: Projeto Geométrico de Estradas ITAJAÍ 2015 UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ ALEXIA BRANQUINHO SILVEIRA DEBORAH KENIG ALEXANDRE VALKIRIA ZUCCHETTO PADILHA MEMORIAL DESCRITIVO: Projeto Geométrico de Estradas Trabalho apresentado para obtenção de nota parcial da M2 na Universidade do Vale do Itajaí, da disciplina de Projeto Geométrico de Estradas. Prof. José Nuno Amaral ITAJAÍ 2015 MEMORIAL DESCRITIVO PROJETO GEOMÉTRICO DE ESTRADAS APRESENTAÇÃO Este memorial refere-se ao estudo da geometria de uma estrada, usando como base uma rodovia Classe 2 em um terreno montanhoso. Este estudo requer princípios de geometria, física e características de operação de um veículo, para que através de cálculos possa ser atendido critérios que obedeçam às condições de segurança e conforto para o motorista. CONCEPÇÃO O estudo consiste no projeto da concepção de uma concordância espiral circular, contendo, construção do perfil do terreno e o lançamento de rampas. Sendo desenvolvido segundo as prescrições das notas de aula, que são informações derivadas de livros e manuais do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT, complementadas com o assessoramento do professor da disciplina. CONCORDÂNCIA ESPIRAL A curva espiral, também conhecida como clotóide, espiral de Van Leber, espiral de Euler ou Radioide aos arcos é uma curva de raio variável. Elementos da curva de transição Deflexão () e Raio (R) Foi mantida a mesma deflexão utilizada no trabalho anterior, e um novo raio foi adotado: 7° 26' 45" 250 m Comprimento de transição (Lc) Deve ser calculado levando em consideração critérios como conforto, tempo de percurso e velocidade. Adotou-se um valor de Lc de 28 m, o Lc mínimo calculado para a curva simples no trabalho anterior. Devido ao fato de o Lc de ambas as espirais serem iguais, a concordância é simétrica. Desenvolvimento (D) Tangente (Tt) Sendo: Então: Ângulos centrais de transição Sendo: o ângulo central total da primeira espiral (entre TS e SC). o ângulo central total da segunda espiral (entre ST e CS). 0,0560 Essa mesma fórmula pode ser utilizada para qualquer ponto da espiral. Ângulo central circular Coordenadas cartesianas de pontos da curva de transição Com as fórmulas acima é possível calcular as coordenadas cartesianas de qualquer ponto da espiral. Ponto PI Foi utilizado o mesmo ponto PI obtido no trabalho da M1. 587,5564 m 29 + 7,56 m Ponto TS Para encontrar o ponto TS, foi utilizada a seguinte fórmula: Ponto SC O ponto SC foi obtido a partir da fórmula abaixo: Ponto CS Para se obter o ponto CS, utilizou-se a fórmula abaixo: Ponto ST O ponto ST foi obtido da seguinte forma: LOCAÇÃO DA CURVA ESPIRAL COM DEFLEXÕES A PARTIR DA TANGENTE NA ORIGEM DA ESPIRAL. Planilha com ângulo central e coordenadas dos pontos a cada 10 metros. Ponto Lp Alfa (Radianos) X Y Alfa (Graus) 0 0 0 0 0 0 1 10 0,007143 0,02381 9,9999 0,4093 2 20 0,028571 0,19047 19,9984 1,6370 3 28 0,056000 0,52255 27,9912 3,2086 A planilha de deflexões Vante e Ré Foi calculada para pontos da espiral a cada 10m. O cálculo da deflexão a vante para um ponto V situado entre o ponto P e o final da espiral, é feito a partir da seguinte fórmula: Já para o cálculo da deflexão a ré para um ponto R situado entre o ponto P e o início da espiral, utilizou-se a seguinte fórmula: P=0 (rad.) P=1 (rad.) P=2 (rad.) P=3 (rad.) x 0,004762 0,01916 0,03880 0,002381 x 0,01190 0,02829 0,009411 0,009524 x 0,01589 0,017203 0,020571 0,01154 x P=0 (graus) P=1 (graus) P=2 (graus) P=3 (graus) x 0,2729 1,09779 2,2229 0,1364 x 0,68209 1,6207 0,5392 0,5457 x 0,9102 0,9856 1,1786 0,66135 x Devido ao fato de a concordância ser simétrica, as planilhas para ambas as espirais são iguais. LOCAÇÃO DA CURVA CIRCULAR CENTRAL (ENTRE EC E CE). PONTO DIST ESTACA DEFLEXÃO SC 0 29 + 5,2860 0 CS 14,4882 29 + 9,7742 0,7539 PERFIL LONGITUDINAL O projeto em perfil longitudinal é constituído de greides retos concordados por dois pontos por curvas verticais, sendo definidos por sua declividade, o que permite que o movimento sobre o plano horizontal seja estabelecido atendendo as devidas condições de segurança e velocidade. O traçado da rodovia é constituído a partir da topografia do local, permitindo variações conforme suas principais características. O perfil longitudinal é um gráfico, onde são representadas no eixo das ordenadas (y) as cotas e, no eixo das abscissas (x) as estacas ou distâncias horizontais correspondentes. A escala do eixo das ordenadas costuma ser ampliado para melhor visualização evidenciando a declividade do terreno. RAMPAS Rampa é a extensão de trecho de rodovia onde os veículos pesados perdem sensivelmente a velocidade. O valor da rampa longitudinal () entre dois PIVs é obtido pela diferença de cotas () dos dois PIVs, dividido pela distância horizontal entre eles (). As rampas mais íngremes possibilitam um menor custo construtivo, mas reduzem a fluidez do tráfego e não são indicadas para rodovias de velocidade diretriz e/ou volume de tráfego elevados. Sendo assim é estabelecido para cada classe e característica de rodovia uma inclinação de rampa máxima. Há também as declividades mínimas, que devem garantir a capacidade de drenagem do sistema, na prática dependem do tipo de clima e de pavimento chegando a adotar declividades de até 1%. Evitando-se rampa zero nos cortes e respeitando a rampa máxima de 7% para as rodovias de Classe 2 em terreno montanhoso, foram projetadas três rampas, i1= 0,01747, i2= 0,07 e i3 = 0,01747. CURVAS DE CONCORDÂNCIA VERTICAL As curvas de concordância garantem continuidade ao traçado, fluidez de tráfego, desde que se obedeça a critérios construtivos. Podem ser côncavas (concavidade voltada para cima) ou convexas (concavidade voltada para baixo). Parábola de 2º grau A parábola de segundo grau é uma curva de concordância clássica empregada em diversas situações. Cálculo das flechas Flecha máxima (i1 e i2) Flecha máxima (i2 e i3) Flecha entre PCV e PIV (Curva vertical côncava) Onde x1 é a distância da flecha até o PCV. f1 -0,04378 -0,1751 Flecha entre PCV e PIV (Curva vertical convexa) Onde x1 é a distância da flecha até o PCV. f1 0,06566 Flecha entre PIV e PTV (Curva vertical côncava) Onde x2 é a distância da flecha até o PTV. f2 -0,04378 -0,1751 Flecha entre PIV e PTV (Curva vertical côncava) Onde x2 é a distância da flecha até o PTV. f2 0,06566 Cálculo do comprimento mínimo da curva vertical côncava em rodovias Uma curva côncava caracteriza-se pelo fato de (i1 – i2), resultar em um valor negativo. Para a curva calculada i1=0,01747, i2=0,07, logo conclui-se se tratar de uma curva côncava. Para o cálculo do comprimento mínimo alguns fatores devem ser levados em consideração. Em relação a distância de visibilidade simples: Para Dp L: Como Lmin é menor que Dp, o resultado não é válido. Para Dp L: Como Lmin é menor que Dp, o resultado é válido. Pela velocidade diretriz V em Km/h Efetuados os cálculos adota-se o maior valor válido como Lmin, portanto: Optou-se por utilizar L = 55 m. Cálculo do comprimento mínimo da curva vertical convexa em rodovias Uma curva convexa caracteriza-se pelo fato de (i2 – i3), resultar em um valor positivo. Para a curva calculada i2=0,07, i3=0,01747, logo conclui se tratar de uma curva convexa. Para o cálculo do comprimento mínimo alguns fatores devem ser levados em consideração. Em relação a distânciade visibilidade simples: Para Dp L: Como Lmin é menor que Dp, o resultado não é válido. Para Dp L: Como Lmin é menor que Dp, o resultado é válido. Pela velocidade diretriz V em Km/h Efetuados os cálculos adota-se o maior valor válido como Lmin, portanto: Optou-se por utilizar L = 35 m. DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE A distância de visibilidade de parada simples de um terreno (Dp) é a distância mínima necessária para um veículo que trafega em uma velocidade efetiva (Ve) possa parar antes de atingir um obstáculo. Para efetuar o cálculo da distância de visibilidade, utilizou-se os dados da tabela a seguir, conforme o terreno e a classe da rodovia especificada em projeto. Velocidade diretriz (V) 50 Velocidade efetiva (Ve) 46 Fator de atrito (fa) 0,36 Cálculo das estacas e cotas PCV e PTV Estaca PCV = Estaca PIV – comprimento L1 Estaca PTV = Estaca PIV + comprimento L2 Cota PCV = Cota PIV – (i1.L1) Cota PTV = Cota PIV – (i2.L2) Curva Vertical Côncava ESTACA EST(int) EST(fra) PCV 7 10 PTV 10 10 COTA PCV 37,0759 PTV 39,7000 Curva Vertical Convexa ESTACA EST(int) EST(fra) PCV 47 0 PTV 49 0 COTA PCV 49,9000 PTV 51,6494 PLANILHAS As planilhas com as cotas das estacas, cota da rampa, cota do greide, cota vermelha e com os pontos da concordância seguem em anexo. ANEXOS Estaca D (m) d (m) COTA (m) X (m) COTA FINAL (m) COTA FINAL x 10 (m) 0 - - - - 25,0000 250,000 1 18,1515 6,8571 25,0000 0,3778 25,3778 253,778 2 16,4342 8,7055 26,0000 0,5297 26,5297 265,297 3 7,7124 2,2560 28,0000 0,2925 28,2925 282,925 4 14,8216 11,7720 30,0000 0,7942 30,7942 307,942 5 5,3649 1,9182 34,0000 0,3575 34,3575 343,575 6 4,4867 3,3851 38,0000 0,7545 38,7545 387,545 7 3,9714 1,6722 41,0000 0,4211 41,4211 414,211 8 3,3535 1,4764 46,0000 0,4403 46,4403 464,403 9 3,1734 2,9015 52,0000 0,9143 52,9143 529,143 10 7,5370 2,4462 57,0000 0,3246 57,3246 573,246 11 - - - - 59,0000 590,000 12 - - - - 59,0000 590,000 13 11,2897 0,9590 58,0000 0,0849 58,0849 580,849 14 8,5112 2,1724 56,0000 0,2552 56,2552 562,552 15 2,3885 1,5649 49,0000 0,6552 49,6552 496,552 16 10,3437 3,0120 43,0000 0,2912 43,2912 432,912 17 1,4725 1,2979 34,0000 0,8814 34,8814 348,814 18 9,4145 6,3895 27,0000 0,6787 27,6787 276,787 19 17,8521 4,2417 26,0000 0,2376 26,2376 262,376 20 - - - - 25,0000 250,000 21 10,4869 9,9432 26,0000 0,9482 26,9482 269,482 22 3,7649 3,5824 29,0000 0,9515 29,9515 299,515 23 - - - - 31,0000 310,000 24 - - - - 31,0000 310,000 25 10,6093 4,3689 31,0000 0,4118 31,4118 314,118 26 2,9363 1,4677 35,0000 0,4998 35,4998 354,998 27 4,6544 3,1378 42,0000 0,6742 42,6742 426,742 28 10,9431 10,5077 44,0000 0,9602 44,9602 449,602 29 13,0539 5,5683 46,0000 0,4266 46,4266 464,266 30 - - - - 47,0000 470,000 31 5,7003 4,1376 48,0000 0,7259 48,7259 487,259 32 2,0070 0,7500 53,0000 0,3737 53,3737 533,737 33 10,9455 6,2948 58,0000 0,5751 58,5751 585,751 34 2,1847 2,1409 62,0000 0,9800 62,9800 629,800 35 3,3677 1,5311 68,0000 0,4546 68,4546 684,546 36 4,5579 3,8785 72,0000 0,8509 72,8509 728,509 37 - - - - 74,0000 740,000 38 6,2628 3,9152 72,0000 0,6252 72,6252 726,252 39 3,4700 0,2199 69,0000 0,0634 69,0634 690,634 40 2,2061 0,1365 62,0000 0,0619 62,0619 620,619 41 1,1443 0,0676 54,0000 0,0591 54,0591 540,591 42 2,8571 2,2815 46,0000 0,7985 46,7985 467,985 43 18,8322 18,5968 36,0000 0,9875 36,9875 369,875 44 - - - - 36,0000 360,000 45 - - - - 36,0000 360,000 46 - - - - 36,0000 360,000 47 - - - - 34,0000 340,000 48 18,6385 5,1929 34,0000 0,2786 34,2786 342,786 49 6,7029 6,5544 35,0000 0,9778 35,9778 359,778 50 19,8372 2,8174 37,0000 0,1420 37,1420 371,420 51 27,0024 2,9801 38,0000 0,1104 38,1104 381,104 52 27,0024 22,9801 38,0000 0,8510 38,8510 388,510 53 - - - - 40,0000 400,000 54 - - - - 40,0000 400,000 55 2,5851 1,9019 40,0000 0,7357 40,7357 407,357 56 2,1810 1,0378 49,0000 0,4758 49,4758 494,758 57 3,6138 0,8216 57,0000 0,2274 57,2274 572,274 58 5,1243 0,9886 62,0000 0,1929 62,1929 621,929 59 7,5768 4,2387 65,0000 0,5594 65,5594 655,594 60 - - - - 67,0000 670,000 61 7,2279 6,0808 66,0000 0,8413 66,8413 668,413 62 4,0003 3,7668 62,0000 0,9416 62,9416 629,416 63 5,2956 4,6596 57,0000 0,8799 57,8799 578,799 64 2,3537 0,0864 55,0000 0,0367 55,0367 550,367 65 1,8230 0,2814 62,0000 0,1544 62,1544 621,544 66 2,4470 1,7230 71,0000 0,7041 71,7041 717,041 PF 3,5347 2,9308 77,0000 0,8292 77,6300 776,290 Estacas Cota Rampa Cota Greide Cota Vermelha OPP 25,000 25,000 0,00 1 26,400 26,400 -1,02 2 27,800 27,800 -1,27 3 29,200 29,200 -0,91 4 30,600 30,600 0,19 5 32,000 32,000 2,36 6 33,400 33,400 5,35 7 34,800 34,800 6,62 8 36,200 36,200 10,24 9 37,600 37,340 15,57 10 37,950 37,950 19,37 11 38,300 38,300 20,70 12 38,650 38,650 20,35 13 39,000 39,000 19,08 14 39,350 39,350 16,91 15 39,700 39,700 9,96 16 40,040 40,040 3,25 17 40,400 40,400 -5,52 18 40,750 40,750 -13,07 19 41,090 41,090 -14,85 20 41,440 41,440 -16,44 21 41,790 41,790 -14,84 22 42,140 42,140 -12,19 23 42,490 42,490 -11,49 24 42,840 42,840 -11,84 25 43,200 43,200 -11,79 26 43,540 43,540 -8,04 27 43,890 43,890 -1,22 28 44,240 44,240 0,72 29 44,590 44,590 1,84 30 44,940 44,940 2,06 31 45,290 45,290 3,44 32 45,640 45,640 7,73 33 45,990 45,990 12,59 34 46,340 46,340 16,64 35 46,690 46,690 21,76 36 47,040 47,040 25,81 37 47,380 47,380 26,62 38 47,730 47,730 24,90 39 48,080 48,080 20,98 40 48,430 48,430 13,63 41 48,780 48,780 5,28 42 49,130 49,130 -2,33 43 49,480 49,480 -12,49 44 49,830 49,830 -13,83 45 50,180 50,180 -14,18 46 50,530 50,530 -14,53 47 50,880 50,920 -16,92 48 51,230 51,620 -17,34 49 52,630 52,670 -16,69 50 54,030 54,030 -16,89 51 55,430 55,430 -17,32 52 56,830 56,830 -17,98 53 58,230 58,230 -18,23 54 59,630 59,630 -19,63 55 61,030 61,030 -20,29 56 62,430 62,430 -12,95 57 63,830 63,830 -6,60 58 65,230 65,230 -3,04 59 66,630 66,630 -1,07 60 68,030 68,030 -1,03 61 69,430 69,430 -2,59 62 70,830 70,830 -7,89 63 72,230 72,230 -14,35 64 73,630 73,630 -18,59 65 75,030 75,030 -12,88 66 76,430 76,430 -4,73 PF 77,630 77,630 0,00 Ponto Estaca Distância (m) Deflexão (°) PC 28 + 2,830 0,000 0,0000 1 28 + 12,830 10,0000,7539 2 29 + 2,830 20,000 1,5078 3 29 + 12,830 30,000 2,2617 4 30 + 2,830 40,000 3,0156 PT 30 + 12,210 49,382 3,7695 Coordenadas Distâncias (m) Ponto x y BK (OPP - PI) 587,5564 B 82,5327 647,1293 KQ (PI - PF) 749,5814 K 661,8998 744,8853 Q 1410,9626 772,7636 Azimutes BK -0,16715455 -9,577249998 80,42275 80° 25' 22" Raio 250 KQ -0,03720040 -2,131426149 87,86857385 87° 52' 7" c 10 Rumos Deflexão (d) Tangente (T) BK 80° 25' 22" 1,14591559 16,2672 KQ 87° 52' 7" dm Espaçamento (E) Deflexão (∆) 0,114591559 0,5287 7,4458 0,0650 7° 26' 45" ∆ em Radianos 0,1300 G 2,2918 Ângulo Interno J K 172,5542 172° 33' 15" Desenvolvimento (D) 32,4885 Lp 28 Lca 28 Lcb 28 αa 0,0560 3,2086 3° 12' 31" αb 0,0560 3,2086 3° 12' 31" β 1,0287 1° 1' 43" D 4,4885 XSC 0,5225 YSC 27,9912 XCS 0,5225 YCS 27,9912 K 13,9985 P 0,1307 Tt 30,2742 Ponto Lp alfa (rad) x y alfa graus 0 0 0 0 0 0 1 10 0,007143 0,02381 9,9999 0,4093 2 20 0,028571 0,19047 19,9984 1,6370 3 28 0,056000 0,52255 27,9912 3,2086 P=0 (rad) P=1 (rad) P=2 (rad) P=3 (rad) x 0,004762 0,01916 0,03880 0,002381 x 0,01190 0,02829 0,009411 0,009524 x 0,01589 0,017203 0,020571 0,01154 x P=0 (graus) P=1 (graus) P=2 (graus) P=3 (graus) x 0,2729 1,09779 2,2229 0,1364 x 0,68209 1,6207 0,5392 0,5457 x 0,9102 0,9856 1,1786 0,66135 x OPP 497,8821 1 550,2186 2 577,859 3 580 4 571,7529 5 518,4631 6 448,725 7 400 8 402,5657 9 433,4686 10 457,7211 11 470 12 470 13 427,5193 14 381,3294 15 355,1763 16 313,77 17 292,719 18 273,4574 19 270 20 263,6908 21 300,3399 22 371,098 23 403,042 24 428,2934 25 454,3372 26 458,8785 27 538,744 28 599,6975 29 661,5437 30 700 31 700 32 692,1331 33 723,4273 34 733,0129 35 690 36 690 37 710 38 706,4193 39 666,8174 40 585,4395 41 506,0231 42 411,5623 43 382,8884 44 380 45 380 46 376,2127 47 353,0419 48 340 49 340 50 340 51 345,2159 52 357,2207 53 364,9355 54 376,1565 55 380 56 381,133 57 405,2804 58 459,7096 59 561,705 60 640,68 61 710,1683 62 743,2238 63 798,785 64 873,8668 65 941,4068 66 960 PF 946,0267 CURVA VERTICAL CÔNCAVA i1 -17,67638 0,01747 1,7470% L1 30 i2 62,4528 0,07000 7,0000% L2 30 892,1828 Dp 55,2501 Flecha máxima = -0,39398 fa 0,36 f1 f2 Ve 46,00 -0,04378 -0,04378 -0,4378 Dp ≤ L 50,8447 -0,1751 -0,1751 -1,7510 Dp ≥ L 50,4630 -0,3940 -0,3940 -3,9398 L min 30,00 L adotado 60,00 PIV 9+0 COTA PIV 37,6 ESTACA EST(int) EST(fra) COTA PCV 7 10 37,0759 PTV 10 10 39,7 CURVA VERTICAL CONVEXA i2 -17,67638 0,07000 7,0000% 540,0000 L1 = 20 i3 62,4528 0,01747 1,7470% L2 = 20 892,1828 Dp 55,2501 Flecha máxima 0,2627 fa 0,36 f1 f2 Ve 46,00 0,06566 0,06566 0,6566 Dp ≤ L 38,9203 0,2627 0,2627 2,6265 Dp ≥ L 32,06885 L min 30,00 L adotado 40,00 PIV 48+0 COTA PIV 51,3 ESTACA EST(int) EST(fra) COTA PCV 47 0 49,9 PTV 49 0 51,6494 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PONTES FILHO, Glauco. Estradas de rodagem, projeto geométrico. São Carlos, SP: Bidim, 1998. FIGUEIRA, F. M. M. Estudo e concepção de Estradas. Coimbra, 1984. WENDT, José Nuno Amaral. Notas de aula de Projeto de Estradas. Disponível em:<http://siaiap23.univali.br/material/?control=Mural&action=index&id=6852>. Acesso em: 12 maio 2015.
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