Livro Texto - Unidade 02

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Unidade II Unidade II 5 PROJETO GEOMÉTRICO 0 objetivo do projeto geométrico é a definição dos elementos para locação precisa da via, permitindo a conformação do projeto ao terreno e a definição de curvas e rampas. Em sistemas de transporte, há sinergia entre veículo, condutor e a via. Enquanto as características do condutor e do veículo são potencialmente variáveis em razão do estado físico e mental do motorista e do tipo de veículo e sua relação peso/potência, a via é elemento cujos aspectos são virtualmente imutáveis após sua implantação. Dessa forma, ao definir os parâmetros do traçado, as características da via devem ser coerentes com os volumes, velocidades e particularidades dos veículos. 0 projeto deve prever uma integração satisfatória com meio ambiente e as necessidades dos usuários. A função da via, bem como sua classificação técnica, são fatores a serem ponderados na elaboração do projeto. As características topográficas da região atravessada são essenciais para a definição do traçado. 0 desenvolvimento do projeto geométrico deve prever a coordenação entre os alinhamentos horizontal e vertical e equilíbrio entre os volumes de escavação e aterro resultantes da análise das seções transversais ao longo do eixo de projeto. 5.1 Topologia aplicada 0 relevo do terreno, conforme diversos manuais de projeto, é classificado em plano, ondulado e montanhoso. 0 Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais (DNER, 1999) considera as mesmas definições do Highway Capacity Manual (HCM), reproduzidas a seguir. Relevo plano: qualquer combinação de alinhamentos horizontais e verticais que permita aos veículos pesados manter aproximadamente a mesma velocidade que os carros de passeio. Em geral, inclui rampas curtas com até 2% de greide. Relevo qualquer combinação de alinhamentos horizontais e verticais que provoque redução substancial das velocidades dos veículos pesados, mas sem obrigá-los a manter velocidades de arrasto por tempo significativo. 48ESTRADAS E AEROPORTOS Relevo montanhoso: qualquer combinação de alinhamentos horizontais e verticais que obrigue os veículos pesados a operar com velocidades de arrasto por distâncias significativas e a intervalos frequentes. 0 ideal é que o traçado da via sempre acompanhe a topografia, evitando extensos movimentos de terra ou a necessidade de grandes obras. Um exemplo de rodovia que acompanha a topografia é o trecho da SC-370, que atravessa a Serra do Rio do Rastro, em Santa Catarina, conforme mostra a figura a seguir. Figura 17 - Traçado da rodovia acompanhando relevo Lembrete A função da via, bem como sua classificação técnica, são fatores a serem ponderados na elaboração do projeto. 5.2 Parâmetros de projeto Ao definir um eixo do traçado, a geometria de uma estrada é marcada pelo traçado desse eixo em plana, pelo perfil longitudinal e pelo perfil transversal. 0 traçado em planta, representado pelo alinhamento horizontal, é caracterizado pelas retas, ou tangentes, e pelas curvas horizontais de concordância. 0 perfil longitudinal do eixo acentua o alinhamento vertical, que, por sua vez, é designado pelas rampas, ou greides retos, e pelas curvas verticais de concordância. Na transversal, temos as seções, que podem ser em aterro, em corte ou mistas. Vamos abordar esses temas no decorrer do capítulo. 49Unidade II A fixação de parâmetros e elementos básicos está relacionada com os volumes de tráfego, ou seja, está vinculada à classe técnica. 0 estabelecimento de parâmetros mínimos também está condicionado à velocidade de projeto adotada. A tabela a seguir é reproduzida a partir do Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais (DNER, 1999), na qual se indicam os parâmetros mínimos a serem adotados para a Classe Técnica conforme relevo atravessado (plano, ondulado, montanhoso). Acentuaremos outras tabelas para as demais classes técnicas. Tabela 12 - Características básicas do projeto geométrico para rodovias Classe Região Característica Plana Ondulada Montanhosa Velocidade diretriz 100 km/h 70 km/h 50 km/h Distância mínima de visibilidade de parada Desejável 210 m 210 m 210 m Absoluta 155 m 155 m 155 m Distância mínima de visibilidade de ultrapassagem 680 m 480 m 350 m Raio mínimo de curva horizontal 375 m 170 m 80 m Rampa máxima 3% 5% 7% Valor mínimo de K para curvas verticais convexas Desejável 107 29 10 Absoluto 58 20 9 Valor mínimo de K para curvas verticais côncavas Desejável 52 24 12 Absoluto 36 19 11 Largura da faixa de rolamento 3,60 m 3,50 m 3,30 m Largura do acostamento externo 2,50 m 2,50 m 2,00 m Adaptado de: DNER (1999, p. 165). 5.3 Alinhamento horizontal Compreende a definição do eixo de uma via em planta. Em geral, eixo localiza-se na região central da pista de rolamento, mas pode estar em uma das bordas em casos específicos. 0 alinhamento direcional deve ser coerente com a topografia. 5.3.1 Cálculo de estacas No projeto viário, por se tratar de grandes obras lineares, costuma-se utilizar como unidade de medida a estaca, que corresponde a 20 m no traçado, salvo indicação contrária. 50ESTRADAS E AEROPORTOS Assim, se uma via em linha reta começa na estaca 0 e tem 100 m de extensão, então a estaca final é a estaca 5. 0 estaqueamento é representado por números naturais, ou seja, não há estaca negativa nem com fração decimal. A fração é expressa pela soma à estaca completa. Ou seja, se a extensão do traçado da via anterior fosse 110 m, a estaca final seria 5 + 10 m. Exemplo de aplicação Considere eixo da estrada a seguir. Dado que 0 ponto A corresponde à estaca 100, determine as estacas dos pontos B, C e D. Observação: croqui sem escala. D 142m 125m 134m A C Figura 18 Croqui do traçado Solução: 0 ponto A está na estaca 100. É como se estivesse a 100 X 20 m = 2000 m do ponto inicial de referência (desconhecido). 0 ponto está a 2000 + 125 m da referência = 2125 m. Para determinar a estaca, basta dividir por 20. 0 número inteiro resultante é a estaca principal. A fração da estaca é resto da divisão. Neste caso, temos que 2125/20 = 106,25. Ou seja, a estaca é 106 e resto da divisão é 5 = 2120). Então, m. A estaca do ponto C será 2125 + 142 = 2267. Dividindo por 20, temos 113 e resto igual a 7 (113 x 20 = 2260). 7 m. Por fim, a estaca do ponto D será 2267 + 134 = 2401. Fazendo mesmo processo de divisão, temos como resultado: = 120 + 1 m. 5.3.2 Raios de curvas horizontais A determinação dos raios de curvas horizontais é função do equilíbrio de forças no plano inclinado, como na figura a seguir. 51Unidade II C=F cosa a F sena P Figura 19 - Equilíbrio de forças no plano inclinado Do equilíbrio de forças, V2 Onde R é 0 raio da curva horizontal, em m; a velocidade diretriz, em km/h, e é a superelevação da via; f é fator de atrito pneu/pavimento na direção transversal. Sabendo-se que fator de atrito é função, entre outros parâmetros, da velocidade da via, que quando a superelevação é máxima, 0 raio de curvatura é mínimo. 5.3.2.1 Raio mínimo de curva horizontal Compreende os menores raios das curvas que podem ser percorridas com a velocidade de projeto e na condição de superelevação máxima V2 = Onde é raio mínimo da curva horizontal, em m; V é a velocidade diretriz, em km/h; emax é a máx superelevação máxima da via; f é fator de atrito pneu/pavimento na direção transversal. 52ESTRADAS E AEROPORTOS 5.3.3 Superelevação A superelevação da via é giro que a plataforma faz nas curvas para manter os veículos na trajetória adequada. e = tan a Onde a é 0 ângulo de inclinação transversal do pavimento. Os valores máximos e mínimos adotados são função das condições climáticas, das condições topográficas, do tipo de área atravessada (rural ou urbana) e da frequência de tráfego lento (veículos comerciais) no trecho analisado. Como regra geral, Tabela 13 Taxas máximas admissíveis de superelevação Casos de utilização 12% Máximo admissível. Emprego limitado. 10% Rodovias de padrão elevado. Adotar para vias Classe 0 em geral ou Classe em regiões planas e onduladas. Rodovias de padrão intermediário ou de elevado padrão sujeitas a fatores que 8% reduzem a velocidade média. Adotar para Classe em região montanhosa e demais classes em geral. 6% Projetos condicionados por urbanização adjacente e frequentes interseções, que provocam redução da velocidade média. 4% Situações extremas, com intensa ocupação de solo adjacente. Fonte: DNER (1999, p. 98). A superelevação excessivamente alta pode provocar deslizamento do veículo para interior da curva ou até mesmo tombamento de veículos com velocidade muito baixa ou que pare sobre desenvolvimento da curva. Como vimos, a taxa máxima admissível de superelevação é adotada para cálculo do Já a taxa mínima de superelevação é aplicada visando acelerar escoamento das águas pluviais (requisito de drenagem) ou em locais cujos pavimentos têm maior porosidade ou onde sejam previsíveis recalques diferenciais que exigem taxas mínimas mais elevadas (no máximo 3%) Conhecidos 0 raio mínimo e a superelevação máxima da curva, DNIT apresenta uma expressão para a determinação da superelevação em qualquer caso cujo raio (R) estiver acima do raio mínimo (Rmin). 2 R 53Unidade II 5.3.4 Fator de atrito transversal Conforme já discutimos neste livro-texto, a aderência pneu/pavimento depende de uma série de fatores relacionados à velocidade de projeto, às condições do pneu e às condições do pavimento. Na determinação dos raios de curvatura, devemos considerar a interação entre o pneu e pavimento no limite do escorregamento, ou seja, do arraste do veículo. A tabela a seguir indica os fatores que devem ser ponderados para atrito transversal pneu/pavimento. Tabela 14 - Valores de f consoante a velocidade de projeto Velocidade de projeto (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Fator de atrito f 0,20 0,18 0,16 0,15 0,15 0,14 0,14 0,13 0,12 0,11 Fonte: DNER (1999, p. 71). Exemplo de aplicação Considerando uma via com velocidade diretriz de 80 km/h e superelevação máxima de 10%, determine raio mínimo da curva horizontal. Solução: Da tabela de fatores de atrito, que para V=80 km/h. Então, como Rmin 127 Tem-se: 802 = Rmin = 209,97 m Resposta: raio mínimo de curva horizontal para as condições fornecidas é igual a 210 m. 5.3.5 Curvas horizontais circulares A figura a seguir indica esquema de uma curva horizontal circular. 54ESTRADAS E AEROPORTOS PI AC T D Circular PT PC 20 m G Tangente Rc Tangente AC Figura 20 - Curva circular Os elementos que compõem uma curva circular horizontal são: PI: ponto de inflexão das tangentes - ponto onde as tangentes se cruzam, formando ângulo de deflexão. PC: ponto de concordância, é onde 0 arco da curva circular tangencia a primeira reta - começo da curva circular. PT: ponto de tangência, é onde arco da curva circular tangencia a segunda reta - término da curva circular. AC: ângulo central da curva, igual ao ângulo de deflexão entre as tangentes. R: raio da curva (arco de circunferência). T: tangente da curva. D: desenvolvimento da curva. G: grau da curva, consiste no ângulo para desenvolvimento da curva igual a 1 estaca (20 m). Uma vez estabelecido raio da curva, por geometria e trigonometria, calcula-se a tangente da curva e desenvolvimento. Com Te D, determinam-se as estacas dos pontos PC e PT. São utilizadas as expressões a seguir: ( AC T=R.tan ) 2 55Unidade II D = 180 G 1146 R = PT = PC + D As expressões consideram AC em grau e R em metro. Exemplo de aplicação Sendo dados ângulo central de uma curva igual a 47°30' e raio igual a 1.220 m, determine Te D. Solução: T =R. tan ( AC 2 ) T tan ( = 2 = 536,8 m D = 180 - 1220.47°30 180° m Resposta: a tangente (T) é igual a 536,8 m e desenvolvimento (D) é igual a 1.011,4 m. Exemplo de aplicação Sendo dados AC igual a 24°20' e o raio da curva igual a 1.500 r m, indique as estacas de PC e PT, sabendo que a estaca do PI é 360 + 12,45 m. 56ESTRADAS E AEROPORTOS Solução: T=R.tan(AC) AC T=R.tan 2 ( 24°20' T = tan 2 T = 323,4 m 180 180° D 637,0 m 0 PI está na estaca 360 + 12,45 m, que equivale dizer que está a 7.212,45 m da referência (desconhecida). - 323,4 = 6889,05 m Transformando em estacas (dividindo por 20), PC = 344 + 9,05 m Cálculo do PT: = + D - 637,0 = 7526,05 m Transformando em estacas (dividindo por 20), + 6,05 m Resposta: as estacas dos pontos PC e PT são, respectivamente, iguais a 344 + 9,05 m e 376 + 6,05 m. 57Unidade II Observação Antes de iniciar os cálculos, é essencial verificar em qual unidade angular está a calculadora. Deve estar em graus, não em radianos ou em grados. 5.3.6 Curvas de transição São utilizadas como artifício para reduzir o incômodo da variação brusca da aceleração nas curvas circulares, nas quais motorista sai de um trecho onde a curvatura é infinita (tangentes) para um trecho circular de curvatura restrita. As curvas de transição têm por missão fazer uma variação gradual da curvatura entre a tangente e trecho circular. Assim, a curva de transição proporciona crescimento gradual da aceleração centrífuga, permite extensão adequada para giro da superelevação e para a transição gradual da trajetória do veículo. Entre os tipos de curva de transição, destacam-se três: Clotoide, que é uma espiral na qual raio é proporcional ao desenvolvimento da curva. Leminiscata de Bernoulli, espiral na qual 0 raio é inversamente proporcional ao raio vetor da curva. Parábola cúbica. A figura a seguir indica os elementos de uma curva de transição do tipo clotoide. PI AC Ys E X SC CS A X k p AC TS ST 0 AC/2 Figura 21 - Curva de transição 58ESTRADAS E AEROPORTOS Os elementos da curva de transição são: 0' = centro do trecho circular afastado. p = afastamento da curva circular. PI = ponto de interseção das tangentes. = ângulo central do trecho circular. Xs = abscissa dos pontos SC e CS. X = abscissa de um ponto genérico A. Ys = ordenada dos pontos SC e CS. Y = ordenada de um ponto genérico A. k = abscissa do centro (0') da curva circular. Os = ângulo da transição. TT = tangente total: é a distância do TS ou ST ao PI. AC = ângulo central (ângulo de deflexão das tangentes). Rc = raio da curva circular. Ls = comprimento da transição. Os pontos de concordância agora são 4: TS (tangente - espiral), SC (espiral - circular), CS (circular - espiral) e ST (espiral - tangente). As expressões para determinação dos elementos são: Ls 216 59Unidade AC SC = TS + L 0 comprimento da transição é adotado como ou a média entre Smin e sendo: São muitas fórmulas! No exemplo a seguir a aplicação de todas elas ficará bem mais clara. Exemplo de aplicação Em uma curva de uma rodovia, temos os seguintes elementos: 80 km/h AC 30° 60ESTRADAS E AEROPORTOS R = 600 m PI = 102 + 15,00 m Sabendo que será adotada transição entre trecho em tangente e trecho circular, determine TT e as estacas dos pontos TS, SC, CS e ST. Solução: Com a utilização das fórmulas anteriormente citadas, = 180 Adota-se L = 100 m (arredondando Ls para cima) = = 3 = - = m - = = m AC = = rad = 61Unidade 102 20 + 15 212,96 = 1842,04 m TS + 2,04 m 1842,04 + 100 = 1942,04 m SC = 97 + 2,04 m 1942,04 + 216 = 2158,04 CS = 107 + 18,04 m SR 112 + 18,04 m Ocorrem casos em que há a dispensa do uso de curva de transição por causa do raio da curva e da velocidade de projeto. A tabela a seguir indica tais situações. Tabela 15 - Dispensa do uso de curva de transição Velocidade de projeto (km/h) Raio (m) 30 170 40 300 50 500 60 700 70 950 80 1.200 90 1.500 100 1.900 110 2.300 120 2.800 Fonte: DNER (1999, p. 105). 5.3.7 Apresentação do projeto A planta deverá conter, no mínimo, as seguintes informações: Eixo da estrada, com a indicação do estaqueamento e a representação do relevo do terreno com curvas de nível a cada metro (linha base = LB). Bordas da pista, pontos notáveis do alinhamento horizontal (PCs, PTs, e elementos das curvas (raios, comprimentos, ângulos centrais), bem como os respectivos quadros de curvas horizontais. Localização e limite das obras de arte corrente, especiais e de contenção (muros de arrimo, por exemplo). Linhas indicativas dos limites aproximados da terraplenagem (pés de aterro, banquetas, bermas de equilíbrio, cristas dos cortes), dos limites da faixa de domínio, das divisas entre propriedades, de nomes dos proprietários, dos tipos de cultura e indicação dos acessos às propriedades lindeiras. 62ESTRADAS E AEROPORTOS 5.4 Alinhamento vertical 0 perfil de projeto é constituído de greides retos (rampas), concordados por curvas verticais, matematicamente expressas por parábolas. Os greides retos são definidos pela sua declividade, que é a tangente do ângulo que desnível faz com a horizontal. Na prática, a declividade é expressa em porcentagem. PIV, PCV i,(+) Ah PTV2 a Al Figura 22 - Perfil longitudinal A escolha do perfil da via depende das considerações das condições geológicas e geotécnicas das áreas atravessadas pela estrada. Condições desfavoráveis do solo natural podem exigir a execução de serviços especiais de alto custo, como: escavações em rocha; obras especiais de drenagem; estabilização de taludes e outros. Assim, a determinação do perfil longitudinal influencia na execução dos cortes e dos aterros e impacta diretamente custo da terraplenagem. 5.4.1 Comportamento dos veículos nas rampas Nas rampas, os veículos de passageiros e os caminhões têm comportamentos muito distintos, que afetam diretamente a capacidade do segmento em aclive. Os veículos de passageiros conseguem vencer rampas de 4 a 5% com perda de velocidade muito pequena, sendo que em rampas de até 3% comportamento desses veículos é praticamente mesmo que nos trechos em nível. Já para os caminhões, a perda de velocidade em rampas é bem maior do que a dos veículos de passageiros, sendo que nas rampas ascendentes a velocidade desenvolvida depende de vários fatores, como: inclinação; comprimento da rampa; 63Unidade peso e potência do caminhão; velocidade de entrada na rampa; habilidade e vontade do motorista. Caso a perda de velocidade do veículo comercial na rampa seja superior a 30 km/h, os estudos de capacidade costumam recomendar a implantação de faixas adicionais para que os veículos lentos fiquem à direita, deixando a esquerda livre para a circulação dos veículos com maior velocidade. 5.4.2 Rampas máximas e mínimas Rampas máximas com até 3% permitem movimento de veículos de passageiros sem restrições, afetam muito pouco a velocidade dos caminhões leves e médios e são indicadas para estradas com alta velocidade de projeto. As rampas máximas com até 6% têm pouca influência no movimento dos veículos de passeio, mas afetam bastante 0 movimento de caminhões, especialmente caminhões pesados, e são aconselháveis para estradas com baixa velocidade de projeto. Já rampas com inclinação superior a 7% só devem ser utilizadas em estradas secundárias, com baixo volume de tráfego, cuja perda de velocidade dos caminhões não provoque constantes congestionamentos, ou em estradas destinadas ao tráfego exclusivo de veículos de passeio. Nessas estradas, em regiões de topografia acidentada, têm sido utilizadas rampas de até 12%. A tabela a seguir destaca a inclinação das rampas máximas por classe de rodovia. Tabela 16 - Rampas máximas Relevo Classe do projeto Plano Ondulado Montanhoso 0 3% 4% 5% 3% 4,5% 6% 3% 5% 7% III 4% 6% 8% IV 4 6% 6 8% 8 a 10% Fonte: DNER (1999, p. 124). As rampas mínimas são usadas em trechos nos quais a água de chuva não pode ser retirada no sentido transversal à pista. Dessa forma, considera-se que perfil deverá garantir condições mínimas para escoamento no sentido longitudinal. É aconselhável 0 uso de rampas com inclinação superior a 0,5% em estradas com pavimento de alta qualidade e 1% em estradas com pavimento de média e baixa qualidade. 64ESTRADAS E AEROPORTOS 5.4.3 Curvas verticais Conforme indicado anteriormente, as curvas verticais são preferencialmente do tipo parabólico, ou seja, resolvendo uma equação de grau. Também podem ser do tipo circular, como as curvas horizontais, elipse ou parábola A figura a seguir acentua a forma preferencial da curva vertical e os principais elementos para locação, a saber: PCV (Ponto de Concordância Vertical), PTV (Ponto de Tangência Vertical) e PIV, que é Ponto de Inflexão Vertical. PIV i, PTV PCV L/2 L/2 L Figura 23 - Curva vertical Preferencialmente, as curvas verticais são simétricas, ou seja, 0 PIV divide comprimento L da curva em duas partes iguais, simplificando a locação. As curvas verticais podem ser côncavas ou convexas, conforme ilustra a figura a seguir. Curvas verticais convexas TIPO PIV TIPO +i, A E PCV PTV +i. L/2 +i. Curvas verticais côncavas TIPO TIPO IV L L/2 +i, e = declividade das rampas (%) A = diferença algébrica entre as declividades (%) L = comprimento da curva vertical (m) Figura 24 - Classificação das curvas verticais 65Unidade As curvas parabólicas são caracterizadas pelo parâmetro de curvatura K, que representa a taxa de variação da declividade longitudinal da curva por unidade de comprimento. Geralmente, 0 parâmetro K é fixado conforme a velocidade de projeto, calculado de acordo com a expressão a seguir, no caso de parábolas simétricas: A Onde: L: comprimento da curva vertical da projeção horizontal (m). A: diferença algébrica entre as declividades das duas rampas do alinhamento vertical que são ajustadas concordadas por meio da parábola (%) 0 emprego das curvas verticais pode ser dispensado quando a diferença algébrica entre as rampas for inferior a 0,5%. A equação geral da parábola é: A = 2.L A equação fornece a ordenada y de qualquer ponto de abscissa X da curva, permitindo a determinação das coordenadas (x,y) dos pontos da curva em relação ao PCV. Resolvendo a equação, é possível determinar a flecha na parábola em um ponto qualquer. No ponto PIV, X é igual a L/2 e a flecha é máxima, igual a Para ramo entre PIV e PTV, cálculo é semelhante nas parábolas simétricas. A determinação das estacas e cotas dos pontos PCV e PTV é bem simples, sendo realizada por meio das equações a seguir. L 2 66ESTRADAS E AEROPORTOS L CotaPCV = L = Exemplo de aplicação Há uma curva vertical cujo PIV está na estaca 80 + 10,00 m e na cota 752 m. As rampas têm inclinação de + 2,5% e -3,0% 0 comprimento da curva vertical (L) é igual a 100 m. Determine as cotas e estacas dos pontos PCV e PTV e a flecha máxima. Solução: 100 EstPCV=80.20+10 1560 m 2 100 EstPTV=80.20+10+ 1660 m 2 CotaPCV=752-0,025 100 2 CotaPCV = 750,75 m CotaPTV 100 2 CotaPCV = 750,50 m = A.L 0,055.100 fmax 0,6875 m 8 8 5.4.4 Apresentação do projeto 0 perfil longitudinal será desenhado em escalas horizontal e vertical distintas. 0 usual é que a escala vertical seja dez vezes maior. Exemplos: H = V=1:50; = ou H = 1:1000; V = 1:100. 67Unidade Os desenhos deverão indicar: 0 perfil longitudinal do terreno aplicado na linha base (LB). A linha do greide aplicado na linha de perfil (LP). A indicação das estacas e cotas de PIVs, PCVs, PTVs e dos acessos às propriedades lindeiras. 0 comprimento das curvas verticais de concordância (Y). As rampas em porcentagem (i = 0,000%). A flecha máxima no PIV (e). As cotas da linha do greide em estacas inteiras e em locais de seções transversais especiais. A localização e limites das obras de arte corrente e especiais, com indicação de dimensões e cotas de soleira. Cotas das lâminas d'água nas obras de drenagem de maior porte, e cotas do lençol freático quando requeridas. 5.5 Coordenação dos alinhamentos horizontal e vertical A coordenação dos alinhamentos horizontal e vertical da via deve ser obtida por meio de estudos de engenharia, visando manter boas condições de visibilidade ao longo de todo trecho e minimizando os movimentos de terra. Vejamos algumas recomendações realizadas pelos manuais de projeto: As tortuosidades dos alinhamentos horizontal e vertical devem ser compatíveis. Trechos em tangente horizontal não são coerentes com frequentes quebras no greide e vice-versa. Devem ser evitados: Traçado retilíneo com rampas ou longas. Curvas de pequenos raios para conseguir greides suaves. Curvas verticais e horizontais devem se sobrepor, sendo que as horizontais devem se iniciar desejavelmente um pouco antes das verticais para não somar em um só local duas descontinuidades do traçado e ainda para "anunciar" a curva vertical, guiando opticamente motorista. 68ESTRADAS E AEROPORTOS Lombadas não devem ser vencidas de topo por longas tangentes, porém atravessadas por curvas horizontais. As curvas horizontais não devem iniciar ou findar no cume das lombadas para não surpreender os motoristas. Curvas horizontais não devem ter seu início coincidente com pontos baixos do greide, ao fim de longas descidas, causando problemas como: aparência distorcida do traçado, perda de percepção da continuidade da curva e aumento da velocidade. Em rodovias de pista dupla, é vantajoso tirar partido da possibilidade de projetar traçados em planta e perfil independentes para as duas pistas. Na área de influência de interseções, os alinhamentos horizontal e vertical devem ser os mais suaves possíveis e devem proporcionar distâncias de visibilidade adequadas. Em áreas residenciais, a combinação do alinhamento horizontal com vertical deve tentar minimizar os ruídos causados aos moradores, sendo que greide em depressão torna a via menos visível e ruidosa. As figuras a seguir indicam exemplos de boas práticas e de práticas a serem evitadas. Figura 25 - Trecho com lombadas sucessivas 69Unidade Elemento de Elemento de Elemento de Projeto em Planta Projeto em Perfil Projeto Tridimensional Tangente com declividade Tangente Tangente longitudinal constante Tangente Curva vertical côncava Curva em tangente horizontal Tangente Curva Curva vertical convexa em tangente horizontal Curva horizontal com declividade Curva Tangente longitudinal constante Curva vertical côncava Curva Curva em trecho curvo Curva vertical convexa Curva Curva em trecho curvo Figura 26 - Exemplos de coordenação dos alinhamentos Planta Perfil Tangente curta entre duas curvas horizontais sucessivas Planta Perfil Planta Perfil Solução Precária Boa Solução Vista em perspectiva com e sem quebra visual Planta Perfil Planta Solução Precária Boa Solução Tangente curta entre duas curvas verticais côncavas sucessivas Planta Perfil Planta Perfil Solução Precária Boa Solução Tangente curta entre duas curvas verticais convexas sucessivas Figura 27 - Exemplos de situações com soluções boas ou precárias para coordenação dos alinhamentos 70ESTRADAS E AEROPORTOS 5.6 Seções transversais As características da seção transversal da pista influenciam em aspectos operacionais, estéticos e de segurança da via, devem ser compatíveis aos padrões estabelecidos de velocidade, nível de serviço, aparência e segurança e, principalmente, devem ser adequadas à classe funcional da via. 5.6.1 Definições básicas Deve-se diferenciar as terminologias plataforma, pista, pista de rolamento, faixa de rolamento e acostamento. Plataforma: parte da faixa de domínio que compreende pista, acostamento, canteiros centrais e dispositivos de drenagem superficiais. Pista: porção da via destinada ao uso de veículos, incluindo acostamentos (internos e externos). Vias divididas possuem duas ou mais pistas. Vias com pista simples podem ter sentido único ou duplo de circulação. Pista de rolamento: parte da via destinada à circulação dos veículos, excluindo os acostamentos. Faixa de rolamento: faixa destinada à rolagem dos veículos. Acostamento: parte da pista, contígua à faixa de rolamento, destinada a aumentar a segurança da rodovia, proporcionar uma área de parada, eventualmente, em caso de emergência, e para trânsito de veículos fora das faixas de tráfego, quando necessário. 5.6.2 Principais elementos A caracterização da seção transversal é realizada por: Número e largura de faixas de rolamento. Presença e largura dos seguintes elementos: acostamentos; faixas de estacionamento; passeios; ciclovias; canteiro central; 71Unidade II - canteiro separador; faixas de segurança. Presença de dispositivos de segurança e outros dispositivos, como drenagem, sinalização, iluminação, mobiliário urbano etc. A largura da faixa de rolamento é um parâmetro diretamente relacionado à capacidade da via e também às condições de segurança. A tabela a seguir indica as larguras mínimas recomendadas para as faixas de rolamento. Tabela 17 Largura das faixas de rolamento em tangentes Relevo Classe do projeto Plano Ondulado Montanhoso 0 3,60 3,60 3,60 3,60 3,60 3,50 3,60 3,50 3,30* III 3,50 3,30 3,30 IV 2,50 ou 3,00 2,50 ou 3,00 2,50 ou 3,00 Nota 1: medidas em metro. Nota 2: (*) Preferencialmente 3,50 m, quando esperada alta porcentagem de veículos comerciais. Fonte: DNER (1999, p. 142). Conforme as recomendações do DNIT, todas as vias deverão possuir acostamentos, pavimentados ou não. A largura deve ser mantida uniforme. Mudanças de largura devem ser realizadas apenas quando estritamente necessário, sendo precedidas de sinalização adequada. As figuras a seguir são exemplos de seções transversais adotadas em projetos de rodovias de pista simples e de pista dividida. PISTA 2.00 5% 5% 4 1 1 2% ACOST. 2% ACOST. 1.5 PISTA DE ROLAMENTO 1 1.50 2.50 3.50 3.50 2.50 1.50 ESTRADAS ESTADUAIS E MUNICIPAIS PAVIMENTADAS Figura 28 Seção transversal de pista simples 72ESTRADAS E AEROPORTOS PISTA PISTA GRAMADO EIXO PRINCIPAL - 4.00 Figura 29 - Seção transversal de pista dividida Além das larguras, a seção transversal é caracterizada pelas declividades da pista e dos acostamentos. Trechos em tangente podem ter duas configurações: pista de seção transversal abaulada, com caimento para os dois lados, ou com caimento simples. As duas figuras anteriores indicam, respectivamente, seção abaulada e seção com caimento simples. Como vantagens da utilização de seção abaulada, a drenagem ocorre mais rapidamente e desnível entre os bordos da pista é reduzido. Entretanto, incorre na necessidade de implantação de dispositivos de drenagem dos dois lados da pista. A declividade transversal mais recomendável para as pistas é de 2%. Admite-se também a utilização de declividades superiores em pista não pavimentadas, ou pistas cujos pavimentos sejam mais porosos ou ainda em pistas com caimento simples e mais de duas faixas por conta da drenagem. Os acostamentos, pavimentados ou não, terão declividade transversal de 5%. Acostamentos e faixas de segurança internas poderão drenar para a pista ou para canteiro, dependendo da condição específica. Em pistas divididas, são desejáveis canteiros centrais com a maior largura possível e viável. Larguras da ordem de 10 a 12 m são desejáveis sempre que possível, sendo que mínimo absoluto, em casos especiais, será de 3 m. Os canteiros centrais serão desejavelmente plantados e um pouco rebaixados, recebendo a drenagem do acostamento ou da faixa de segurança interna. 5.7 Interseções As interseções são pontos críticos de acidentes, portanto, devem ser objeto de projetos específicos. De modo geral, projeto deve buscar minimizar número de cruzamentos de vias e proporcionar distâncias de visibilidade adequadas e coerentes com traçado proposto, com a topografia e com as velocidades especificadas. 73Unidade II Por causa dos volumes de tráfego envolvidos, as interseções podem ser em nível ou Neste caso, são chamadas de interconexões. As interseções em nível podem ser definidas com base no número de ramos (interseção de três ramos ou T, quatro ramos ou ramos múltiplos) ou considerando as soluções adotadas (em gota, canalizada, rótula ou rotatória). As interseções em nível podem ou não ter controle semafórico. As interseções em desnível podem ser simplesmente cruzamentos em níveis diferentes sem ramos. Neste caso, esses cruzamentos são designados pelos termos passagem superior, quando a via principal passa sobre a secundária, ou passagem inferior, quando passa sob a via secundária. Quando, além do cruzamento em a interseção possuir ramos que conduzem os veículos de uma via a outra, ela será chamada de interconexão. São exemplos de interconexão: interconexão em T ou Y; diamante; trevo completo; trevo parcial; direcional; semidirecional; giratório. A terceira e a quarta figura, apresentadas no início da Unidade I, são exemplos de interconexões. A primeira é uma interconexão direcional e a segunda é um giratório com ramos direcionais ou semidirecionais. As figuras a seguir mostram tipos de interseção em nível e em 74ESTRADAS E AEROPORTOS Acessos em T T - não canalizado T alargado - com ramos de conversão Interseção de 3 ramos Y - não canalizado Y - com ramos de conversão Interseção de 4 ramos Não canalizado Com alargamento Canalizado Interseção rotatória alongada Interseção rotatória A A Figura 30 - Tipos de interseção em nível 75Unidade TIPOS DE VIAS RURAL URBANA QUE SE INTERCEPTAM Vias arterials principais Vias locais de Vias arterials principals / Vias coletoras ou arterials secundárias de Vias arteriais principais / Vias arteriais principais Figura 31 - Critério para seleção de interconexão Observação Um exemplo de trevo completo é a SP 300 (Acesso a Lençóis Paulista). Saiba mais Para saber mais sobre critérios para seleção de interseções, consulte: DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES (DNIT). Manual de Projeto de Interseções. 2. ed. Rio de Janeiro, 2005. 528 p. (IPR Publ. 718) 6 PROJETO DE TERRAPLENAGEM Terraplenagem é a operação necessária para a conformação do terreno aos gabaritos definidos em projeto. Engloba basicamente a realização de dois serviços: corte, que consiste na escavação de materiais, e 0 aterro, que é a operação de deposição e compactação de materiais escavados (PEREIRA et al., 2015). 76ESTRADAS E AEROPORTOS A finalidade da conjugação desses serviços é proporcionar condições geométricas compatíveis com volume e tipo de veículos que irão utilizar a rodovia. A figura a seguir ilustra a execução dos serviços de corte e aterro. Perfil Terreno Natural Greide Projetado Corte Corte Aterro Seções 1 1 1 1 Corte: Escavação do terreno até atingir o greide de projeto do 3 3 2 2 Aterro: Depósito e compactação dos materiais escavados até atingir greide de projeto Figura 32 - Operações de terraplenagem As operações de corte são executadas em segmentos que requerem escavação no terreno natural para alcançar a linha do greide projetado, definindo transversal e longitudinalmente corpo estradal. Os serviços associados compreendem: Escavação dos materiais constituintes do terreno natural até a plataforma de terraplenagem definida pelo projeto. Escavação para rebaixamento do leito de terraplenagem, nos casos em que 0 subleito for constituído por materiais julgados inadequados. 77Unidade II Escavação nos terrenos de fundação de aterros com declividade excessiva (comuns nos alargamentos de aterros existentes) para que estes proporcionem condições para trabalho dos equipamentos e estabilidade às camadas a serem sobrepostas. Alargamentos além do necessário em algumas porções de cortes para possibilitar a utilização de equipamentos normais. As operações de aterro são realizadas em segmentos cuja implementação requer depósito de materiais para a composição do corpo estradal segundo os gabaritos de projeto. Os materiais usados no corpo do aterro se originam dos cortes e/ou dos empréstimos. Os serviços para execução de aterros compreendem: Descarga. Espalhamento. Correção da umidade (umedecimento ou aeração). Compactação dos materiais escavados, para confecção do corpo e da camada final dos aterros propriamente ditos, bem como para substituição de volumes retirados nos rebaixamentos de plataforma em cortes ou nos terrenos de fundação dos próprios aterros. Os empréstimos, citados como fonte de material dos aterros, consistem em escavações efetuadas em locais previamente definidos para obtenção de materiais com objetivo de complementar os volumes requeridos para aterros. Pode haver a necessidade de busca de áreas de empréstimo em caso de insuficiência de volume nos cortes, por razões qualitativas de materiais, ou por questões econômicas, no caso de elevadas distâncias de transporte para compensação entre os volumes de corte e de aterro. Dependendo da situação, podem ser considerados dois tipos distintos de empréstimos: laterais ou localizados. Os empréstimos laterais são escavações efetuadas próximas ao corpo estradal, sempre dentro dos limites da faixa de domínio da via. Nos segmentos de cortes, faz-se alargamento da plataforma com consequente deslocamento dos taludes. No caso de aterros, as escavações formam valetões em um ou em ambos os lados da via (PEREIRA et al., 2015). 0 que vai definir a execução ou não desses empréstimos laterais é a qualidade do material adjacente aos cortes ou aterros em que se fará a escavação e volume necessário para suprir a carência de material no aterro de destino. 78ESTRADAS E AEROPORTOS Os empréstimos localizados são as escavações em áreas previamente avaliadas, com material de qualidade para aplicação no corpo de aterro e com distâncias de transporte razoáveis. Nas operações de terraplenagem, há casos em que ocorre sobra de material, ou ainda que material seja inutilizado por possuir condições geotécnicas insatisfatórias. Assim, este solo deve ser transportado para uma área de bota-fora, ou depósito de material excedente. 0 local de depósito desses materiais deve ser criteriosamente definido a fim de não causar efeitos danosos às outras obras de construção e ao próprio meio ambiente (PEREIRA et al., 2015). 6.1 Serviços preliminares Antes de dar início às operações básicas de movimentação de terra, é necessário retirar todos os elementos naturais ou artificiais que não participarão diretamente ou que possam interferir nas operações de corte e de aterro (PEREIRA et al., 2015). Os elementos naturais são: árvores; arbustos; tocos; raízes. Os elementos artificiais que podem interferir na terraplenagem são: construções; cercas; postes. As operações de retirada desses elementos são os chamados serviços preliminares e compreendem as atividades de desmatamento, destocamento e limpeza. 0 desmatamento envolve corte e a remoção de toda a vegetação, qualquer que seja a sua densidade. As atividades de destocamento e limpeza englobam a escavação e a remoção total dos tocos e da camada de solo orgânico. Além dessas operações, dependendo da situação do trecho em projeto, podem ser introduzidos outros serviços preliminares, por exemplo: 79Unidade II remanejamento de postes; remoção de cercas; remoção de estruturas de madeira; demolição de muros; demolição de estruturas de alvenaria. 6.2 Caminhos de serviço Em terraplenagem de trecho que não possui estrada de ligação de caráter pioneiro, é necessário abrir caminhos de serviços para os equipamentos que realizarão a movimentação de terra e levarão material retirado dos cortes para os aterros ou trarão solo de áreas de empréstimo para trecho em implantação (PEREIRA et al., 2015). Os caminhos de serviço são estradas de padrão suficiente para possibilitar tráfego dos equipamentos e, por conseguinte, a movimentação de terra entre os cortes e aterros, permitindo a interligação da área de trabalho com canteiro da obra. No caso de projeto em que já existe uma ligação rodoviária, as estradas que constituem as vias para manutenção do tráfego da rodovia existente e adaptadas para a função de caminhos de serviço são denominadas: Desvios: que são extensões de vias existentes para as quais será remanejado tráfego durante período de construção. Provisórias: considerados os caminhos especialmente construídos para esse fim, nos segmentos em que não haja possibilidade de desviar tráfego para a implantação antiga ou para estradas já existentes (PEREIRA et al., 2015). Também são considerados como caminhos de serviço aqueles que se destinam a assegurar acesso às ocorrências de materiais a serem utilizados para os fins de pavimentação e drenagem, como pedreiras (fontes de pedra britada), jazidas de materiais já desagregados e solos em geral e areais (fonte de areia). Os caminhos de serviço terão padrão técnico suficiente à passagem regular do tráfego, recebendo camada de qualidade superior a um revestimento primário apenas em casos excepcionais. 6.3 Classificação quanto à dificuldade extrativa do material Durante a escavação de um material, a maior ou a menor resistência que este pode oferecer influencia de forma direta no custo dessa operação. Os materiais são classificados em três categorias em relação à dificuldade extrativa, a saber: 80ESTRADAS E AEROPORTOS Materiais de primeira categoria: são constituídos por solos em geral, de origem residual ou sedimentar, seixos rolados ou não, com diâmetro máximo inferior a 15 cm, independentemente do teor de umidade apresentado. Materiais de segunda categoria: têm resistência ao desmonte mecânico inferior à da rocha sã. A extração é possível somente com a combinação de métodos que obrigarem a utilização de equipamento escarificador pesado e poderá envolver, eventualmente, o uso de explosivos ou processos manuais adequados. Contempla os blocos de rocha de volume inferior a 2 e os matações ou blocos de diâmetro médio, entre 15 cm e 1 m. Materiais de terceira categoria: possuem resistência ao desmonte mecânico equivalente à da rocha sã, ou seja, a escavação é feita somente com 0 emprego contínuo de explosivos. Nesse caso, as operações são chamadas de extração e redução e são realizadas a fim de possibilitar carregamento de fragmentos menores da rocha. Contemplam os blocos de rocha que apresentam diâmetro médio superior a 1 m ou volume superior a 2 (PEREIRA et al., 2015). Devido à necessidade do uso contínuo de explosivos, custo de escavação de material de terceira categoria é muito superior ao custo de escavação no de segunda categoria. Este, por sua vez, por causa dos equipamentos utilizados, também tem custo mais elevado que a escavação de materiais de primeira categoria, que dependem apenas de uma escavadora e de um escarificador simples. Então, pode-se depreender que a avaliação da dificuldade extrativa é tarefa das mais importantes em terraplenagem, dado que implicará a alocação de equipamentos mais ou menos especializados dependendo do caso e em custos muito distintos para a realização da operação. É uma tarefa de alta complexidade, em especial em fases preliminares de projeto, quando não se dispõe dos cortes abertos e expostos a uma análise mais profunda. Justifica-se também a necessidade da execução de sondagens de simples reconhecimento para auxiliar na definição da dificuldade extrativa do material. 6.4 Tipos de equipamentos Os principais dispositivos de terraplenagem podem ser classificados conforme sua função. 6.4.1 Unidades tratoras As unidades tratoras, ou simplesmente tratores, são as unidades básicas de terraplenagem que tracionam ou empurram outras máquinas. Podem realizar tarefas distintas quando equipados com implementos especiais. Por conta da forma de locomoção, as unidades tratoras recebem as designações de tratores de rodas ou tratores de esteiras. 81Unidade 6.4.2 Unidades escavo-empurradoras São as unidades equipadas com lâmina frontal (faca) acionada por comando hidráulico, aplicada em tarefas de escavar e empurrar material terroso. Os equipamentos conhecidos por "dozer" estão nesta categoria, como bulldozer, em que a lâmina está posicionada perpendicularmente ao eixo longitudinal do trator. 6.4.3 Unidades escavo-transportadoras Executam as atividades de escavação, carga, transporte e descarga de materiais soltos. São conhecidas como scrapers ou motoscrapers. 6.4.4 Unidades escavo-carregadoras Compreendem os dispositivos que executam operação de escavação e carga sobre outro dispositivo, que participa nas atividades de transporte e descarga. Podem ser as pás-carregadeiras ou as escavadeiras, como a clam-shell, a escavadeira de pá frontal ou a retroescavadeira. 6.4.5 Unidades aplainadoras Têm por objetivo a execução das operações de acabamento da área terraplenada. Um exemplo de equipamento é a motoniveladora. 6.4.6 Unidades transportadoras São utilizadas quando uso de equipamentos como motoscraper se torna inviável devido às grandes distâncias de transporte. Neste caso, usa-se esse tipo de unidade para as operações de transporte e descarga, sendo que seu carregamento deve ser realizado pelas unidades escavo-carregadoras Como exemplo de unidades transportadoras, pode-se citar os caminhões basculantes, os caminhões fora-de-estrada e os vagões. 6.4.7 Unidades compactadoras Almejam densificar os solos distribuídos nos aterros, aumentando a resistência por meio da diminuição dos índices de vazios. Os rolos compactadores mais comuns são rolo de pneumáticos, destinado à compactação de uma ampla gama de solos, desde finos a granulares, rolo pé de carneiro, designado à compactação de solos finos e coesivos, como os argilosos, e os rolos vibratórios, reservados à compactação de solos não coesivos, como os solos arenosos. As figuras a seguir são exemplos de rolos compactadores. 82TRADAS E AEROPORTOS DYNAPAC Figura 33 - Rolo pneumático DYNAPAC Figura 34 - Rolo pé de carneiro DYNAPAC CC422 Figura 35 - Rolo vibratório 83Unidade II 7 PROJETO DE DRENAGEM A definição clássica para o sistema de drenagem viária é: sistema cuja função é coletar, conduzir e lançar, mais rápido possível e em local adequado, toda água que se origina, que corre ou cai na superfície ou cruza a plataforma viária e que pode comprometer a segurança do usuário, a estabilidade geotécnica do maciço ou a vida útil do pavimento (SUZUKI; AZEVEDO; KABBACH 2013). Por conta dos danos causados à plataforma viária pela presença de água em excesso, pela falta de dispositivos de drenagem, ou por funcionamento inadequado de tais dispositivos, a retirada de água da plataforma é vital, e uma drenagem adequada é condição básica para a manutenção da estrada em boas condições de operação. 7.1 Classificação Os dispositivos de drenagem são preferencialmente classificados considerando posicionamento em relação à plataforma viária. Na sequência, apresentam-se os tópicos de classificação e os dispositivos associados a cada um. Superficial: - valetas/canaletas; - sarjetas; bocas de lobo. Subsuperficial: camadas drenantes do pavimento; drenos de pavimento; - profunda; - trincheiras. Talvegue/travessia: - bueiros; pontilhão/pontes. Especiais: drenos verticais; 84ESTRADAS E AEROPORTOS - drenos horizontais profundos; reservatórios de acumulação. 7.2 Dimensionamento 0 dimensionamento dos dispositivos de drenagem consiste na aplicação de conceitos de hidrologia e hidráulica à engenharia viária. 7.2.1 Estudos hidrológicos e climatológicos Para dimensionamento de sistemas de drenagem viária, é necessária a elaboração dos estudos hidrológicos e climatológicos. A primeira etapa desses estudos consiste na coleta de dados existentes, como os elementos cartográficos. Deve-se analisar as plantas e os mapas disponíveis com relação a características da topografia (relevo) atravessada, além de mapas geomorfológicos, que auxiliam na compreensão do relevo, mapas geológicos e mapas pedológicos, que indicarão as formações de solo existentes e potencial de erosão dos solos da região atravessada pela via. Nessa etapa também devem ser avaliados dados hidrometeorológicos e climatológicos, bem como relatórios pluviométricos e fluviométricos. Para a verificação do escoamento nos cursos d'água, deve ser examinada a presença de demais obras hidráulicas, como barragens à montante (estudo de amortecimento de enchente), barragens à jusante (estudo de remanso do reservatório) e demais canalizações e drenagens. Nos estudos hidrológicos serão determinadas as vazões de projeto. Para pequenas bacias de contribuição, até 2 ha, recomenda-se a utilização do método racional, dado pela fórmula básica: Onde: 0 é a vazão de projeto, em C é coeficiente de escoamento superficial (média ponderada para a área em análise, caso a ocupação não seja uniforme) i é a intensidade pluviométrica, em mm/min A é a área da bacia hidrográfica de contribuição, em ha 85Unidade II A tabela a seguir indica valores típicos do coeficiente de escoamento superficial: Tabela 18 Área Valores típicos de C Pavimentada 0,90 Superfície em talude 0,70 Gramada 0,35 Fonte: DNER (1999, p. 142). Ainda na definição das vazões de projeto, a determinação da intensidade pluviométrica por meio de equações ou curvas IDF (Intensidade - Duração Frequência) deve levar em consideração período de retorno. A tabela a seguir acentua orientações sobre a seleção do período de retorno para cada tipo de dispositivo de drenagem. Tabela 19 - Definição do período de retorno Tipo de dispositivo T (anos) Drenagem superficial 1 ou 2 Drenagem subsuperficial 10 15 (como canal) Bueiros tubulares 25 (como orifício) 25 (como canal) Drenagem de talvegue Bueiros celulares 50 (como orifício) Pontilhão 50 Ponte 100 Fonte: DNER (1999, p. 142). 7.2.2 Estudos hidráulicos Após a definição das vazões, é necessário realizar cálculos hidráulicos para a determinação da seção transversal (das dimensões) dos dispositivos. Para quase todos os dispositivos de drenagem que funcionam como conduto livre, utiliza-se a fórmula de Manning associada à equação da continuidade (a seguir). Equação da continuidade: 86ESTRADAS E AEROPORTOS Onde: 0 é a vazão do dispositivo. V é a velocidade de escoamento. A é a área de escoamento no dispositivo em análise. Equação de Manning (ou Chézy-Manning): R H 2/3 V n Onde: V é a velocidade de escoamento. RH é raio hidráulico (área molhada, perímetro molhado). i é a declividade longitudinal do dispositivo. é 0 coeficiente de rugosidade do material. Os órgãos rodoviários preconizam as velocidades máximas para escoamento com base no dispositivo analisado. A tabela a seguir indica alguns limites conforme indicado no método do DNIT (2006a). Tabela 20 - Velocidade máxima de escoamento Tipo de dispositivo Vmax (m/s) Canais sem revestimento 1,20 Sarjetas, valetas e canais revestidos com grama 1,60 Canais revestidos com concreto ou pedra 4,50 Bueiros de concreto ou metálicos - talvegue 4,50 Bueiros de greide, sarjetas e valetas revestidas de concreto 6,00 Fonte: DNER (1999, p. 142). 7.3 Drenagem superficial Os objetivos dos elementos de drenagem superficial são: interceptar as águas que possam atingir a plataforma viária e conduzi-las para local adequado; e controle de erosão dos taludes de corte e aterro. Ou seja, a drenagem superficial almeja coletar e conduzir as águas que escoam sobre a plataforma viária. 87Unidade II 0 controle é feito com a proteção dos elementos de terraplenagem por meio da instalação de: valetas de proteção de taludes (crista de corte e/ou pé de aterro); descidas d'água; caixas coletoras; caixas de transição; estruturas de dissipação de energia; bueiros de talvegue; canais, corta-rios e outros. Os dispositivos de drenagem superficial podem ser revestidos de grama, de concreto ou de pedra marroada. Quanto à forma, as valetas e canais podem ser triangulares, retangulares ou trapezoidais. 0 dimensionamento dos dispositivos de drenagem superficial é feito por meio da aplicação das equações da continuidade associada à equação de Manning. As figuras a seguir mostram uma seção de via com as valetas laterais e descidas d'água tipo rápido e uma seção de via com valetas de crista de corte. Figura 36 - Drenagem superficial: Figura 37 - Drenagem superficial: valeta de crista de corte valetas laterais e descidas rápidas 88ESTRADAS E AEROPORTOS 7.4 Drenagem subsuperficial Os objetivos da implantação de dispositivos de drenagem subsuperficial, também chamada de drenagem de pavimento, são a proteção contra infiltrações diretas de precipitações e a proteção contra a ascensão de lençóis d'água subterrâneos. Os dispositivos estão associados a pavimentação, como a camada drenante, que integra a estrutura do pavimento e os drenos, que estão interligados a esta camada ou a outras que fazem parte da estrutura. Os drenos podem ser rasos longitudinais, laterais de base ou transversais. Conforme material, os drenos podem ser classificados de cegos, compostos apenas de brita, ou tubulares, quando há a instalação de um tubo perfurado. Considera-se que a implantação de dispositivos de drenagem subsuperficial é obrigatória apenas para vias com VDM maior que quinhentos veículos comerciais e com intensidade pluviométrica superior a 1.500 mm/ano. 0 dimensionamento dispõe que a camada drenante deve estar posicionada imediatamente abaixo do revestimento e que ela e os drenos deverão somente conter a água que infiltrar. Faixa de Rolamento Acostamento CBUQ OU CCP Base Camada Drenante Sub-Base Sub-Base Saída d'água Tubo Coletor Figura 38 Posicionamento da camada drenante e dreno de pavimento Lembrete Os drenos rasos longitudinais são comumente chamados de drenos de pavimento, dada a sua posição na estrutura. Além do critério de continuidade do fluxo, dimensionamento de drenagem subsuperficial avalia critério do tempo de drenagem, que consiste no tempo em que a estrutura de pavimento fica exposta a teores de umidade considerados excessivos. 0 processo mais prático para dimensionamento do sistema de drenagem subsuperficial é método de Cedergren. Os dados de entrada para 0 dimensionamento conforme esse procedimento são: 89Unidade II Tipo de pavimento. Precipitação de projeto. Características geométricas da pista: - largura da pista (W); - declividade longitudinal da pista (S); - declividade transversal da pista (Sx); Espessura da camada drenante (H). Tipo de dreno: - área (A) e permeabilidade da brita (kb) do dreno cego; ou - diâmetro (D) do tubo do dreno tubular. 0 passo a passo para dimensionamento está indicado na sequência. Etapa 1: determinação da infiltração de projeto. Onde: C é coeficiente de infiltração. Este coeficiente é igual a 1/3 a 1/2 para pavimentos asfálticos e igual a 1/2 a 2/3 para pavimentos de concreto. é a precipitação de projeto, definida considerando tempo de concentração de uma hora e tempo de retorno de um ou dois anos. Etapa 2: determinação da permeabilidade da camada drenante (base do pavimento). Etapa 3: determinação do espaçamento entre saídas dos drenos. Drenos cegos - definição por meio da Lei de Darcy de escoamento em meios porosos: 90ESTRADAS E AEROPORTOS Drenos tubulares - definição por meio da equação de Manning: Exemplo de aplicação Considere uma rodovia de pistas divididas, com duas faixas de tráfego por sentido, declividade transversal de 2% em tangente e declividade longitudinal de 1%, conforme seção transversal a seguir: Faixa de segurança 1,00 Pista 3,60 Sx 2% LR W 8,80 Pista 3,60 0,60 Acostamento Dreno 2,40 Figura 39 - Seção transversal A rodovia é revestida com pavimento de concreto e a espessura da camada de base drenante é 10 cm. Da região onde a via será implantada, sabe-se por meio de consulta a dados pluviométricos que a precipitação de projeto é igual a 40 mm/h. A critério do projetista, pode ser executado tanto dreno cego, com seção de 35 cm e preenchido com brita com permeabilidade igual a 25 cm/s, ou dreno tubular com tubo perfurado de 10 cm de diâmetro e escoamento à seção plena (y/D = 1 1). Solução: São dados do problema: W = 8,8 m 91Unidade II = = 0,02 m/m H=0,10 m (espessura da camada drenante) D = 10 cm Resolvendo passo a passo conforme explicado anteriormente, temos: Etapa 1: determinação da infiltração de projeto 0 coeficiente de infiltração para pavimentos de concreto varia de 1/2 a 2/3. Adotando-se mínimo, teremos: A divisão por serve para converter as unidades de mm/h para cm/s. Etapa 2: cálculo da permeabilidade necessária = k = 2,44cm/s 10.0,02 Etapa 3: cálculo do espaçamento entre saídas do dreno raso longitudinal Dreno cego = 4,47 m Dreno tubular Considerando = 0,015, 92ESTRADAS E AEROPORTOS Ls,tub = qd Am = 4 4 = = 91,45 m Observação No exemplo, a camada permeável com 10 cm de espessura efetiva (H) deveria ter coeficiente de permeabilidade (k) da ordem de 2,44 cm/s. É importante citar que os coeficientes de permeabilidade da BGS e do CCR, materiais usualmente utilizados como bases de pavimento, são da ordem de 10-3 cm/s e 10-6 cm/s, respectivamente. Ou seja, muito inferiores ao valor necessário. 7.5 Drenagem profunda Os dispositivos de drenagem profunda têm por objetivo interceptar as águas que possam atingir subleito, rebaixar freático, manter umidade de equilíbrio compatível com as condições de tráfego e desempenho estrutural e contribuir para a estabilidade de taludes. 0 sistema de drenagem profunda é composto dos seguintes elementos: drenos profundos; drenos em espinha de peixe; camadas drenantes; drenos horizontais profundos; 93Unidade valetões laterais; drenos verticais de areia. Não se deve confundir os drenos profundos com os drenos rasos. Embora parecidos em sua forma, a profundidade de instalação é diferente e, principalmente, a função é distinta: os drenos rasos (de pavimento) devem captar a água que infiltrar pela estrutura de pavimento e os drenos profundos devem coletar a água do lençol freático, mantendo subleito livre de umidade excessiva. 7.6 Drenagem de talvegues A drenagem de talvegues (cursos d'água) é realizada por meio de bueiros de talvegue, pontes e pontilhões. A definição do tipo de obra necessária para a transposição do curso d'água está relacionada com a vazão, determinada a partir dos estudos hidrológicos. Além da vazão, é preciso conhecer os estudos geotécnicos da área para saber tipo de suporte da fundação do bueiro ou da ponte/pontilhão e se há necessidade de remoção de solo mole. Também é vital conhecer a planta, perfil e as seções do projeto geométrico a fim de estipular a esconsidade da obra, que é a inclinação em relação ao eixo da pista, O comprimento, a declividade e 0 recobrimento do bueiro. Quando a transposição do talvegue é feita por meio de bueiros tubulares ou celulares, estes são chamados de obras de arte correntes (OACs), pontes e pontilhões (e viadutos), e de obras de arte especiais (OAEs). As OACs podem ser constituídas em linha única, dupla ou tripla. Os bueiros tubulares podem ser de concreto ou de aço corrugado. Exemplos de nomenclatura encontrada em projeto são (não se limitando a esses casos): BSTM (bueiro simples tubular metálico, seguido do diâmetro do tubo), BDTC (bueiro duplo tubular de concreto, seguido do diâmetro dos tubos) ou BTCC (bueiro triplo celular de concreto, seguido das dimensões das aduelas). Observação Os bueiros de talvegue têm função distinta dos bueiros de greide, elementos de drenagem superficial. Estes últimos têm como função transpor a água coletada da superfície de um lado para outro da plataforma. Os bueiros de talvegue fazem a transposição de cursos d'água de um lado para outro da plataforma. A determinação das vazões de projeto é muito importante para a drenagem de talvegues. Na internet há diversos vídeos que mostram a força das águas destruindo rodovias tanto no Brasil quanto internacionalmente em função da água não conseguir transpor bueiro, ponte ou pontilhão, seja por insuficiência de seção transversal para 0 escoamento, seja por falta de manutenção e assoreamento da seção do conduto. 94ESTRADAS E AEROPORTOS 8 ELEMENTOS BÁSICOS DE AEROPORTOS 8.1 Introdução 0 Brasil é 0 sexto maior país em volume populacional no planeta, com cerca de 200 milhões de habitantes espalhados de forma irregular ao longo do território. Como já vimos no início deste livro-texto, a malha rodoviária é, em parte, malconservada, a rede ferroviária é escassa e de baixo alcance no transporte de passageiros e a rede fluvial também tem baixa utilização. 0 transporte aéreo aparece, então, como uma alternativa relevante para deslocamento de passageiros e de cargas, sendo, às vezes, a única via de acesso a determinadas regiões, como nos extremos da região norte do Brasil, aonde só se chega por barco depois de dias de navegação. Entretanto, é um transporte caro, e a falta de recursos públicos é um agravante em seu desenvolvimento e sua manutenção. Conforme dados divulgados pelo Ministério dos Transportes, Portos e Aviação Civil referentes a 2017, Brasil tem 2.499 aeródromos registrados pela Agência Nacional de Aviação Civil (Anac), sendo 1.911 privados e 588 públicos. Outros dados interessantes divulgados pelo Ministério referentes à rede de aeroportos brasileira são: nação do mundo em número de aeroportos. mercado de aviação comercial doméstica. 110 aeródromos públicos recebem voos regulares. 1.911 aeródromos privados. 18 aeroportos recebem voos internacionais. 81 aeroportos fora das capitais, em operação para voos regulares. 10 aeroportos concedidos. 13 aeroportos em processo de concessão. 1,08 milhão de toneladas de carga transportada em 2017 (BRASIL, 2018). A Central Intelligence Agency (CIA), órgão do governo dos Estados Unidos da América, disponibiliza em seu site um documento chamado World Factbook, com estatísticas de diversos assuntos ao redor do mundo. Sobre os aeroportos, entre outros dados, estão disponíveis os apresentados nas tabelas a seguir. 95Unidade Tabela 21 - Número de aeroportos Quantidade de aeroportos Ranking País Total Com pista pavimentada 1 Estados Unidos 13.513 5.054 2 Brasil 4.093 698 3 México 1.714 243 4 Canadá 1.467 523 5 Rússia 1.218 594 Nota: site informa que os dados se referem ao ano de 2013. Fonte: CIA ([s.d.]). Em termos de quantidade de transporte de passageiros, cargas e número de movimentos de aeronaves, a Airports Council International (ACI) dispõe de estatísticas atualizadas. As tabelas a seguir ilustram ranking dos cinco maiores aeroportos do mundo conforme os critérios indicados. Tabela 22 - Quantidade de passageiros transportada/ano Ranking Aeroporto (código) País Quantidade de passageiros (em milhões) 1 Atlanta (ATL) Estados Unidos 104 2 Beijing (PEK) China 94 3 Dubai (DXB) Emirados Árabes Unidos 83 4 Los Angeles (LAX) Estados Unidos 81 5 Tóquio (HND) Japão 80 Nota: site informa que os dados se referem ao ano de 2016. Fonte: ACI (2018) Tabela 23 - Quantidade de movimentos de aeronaves/ano Quantidade de movimentos Ranking Aeroporto (código) País (em mil) 1 Atlanta (ATL) Estados Unidos 898 2 Chicago (ORD) Estados Unidos 867 3 Los Angeles (LAX) Estados Unidos 697 4 Dallas (DFW) Estados Unidos 672 5 Beijing (PEK) China 606 Nota: site informa que os dados se referem ao ano de 2016. Fonte: ACI (2018). Para efeito de comparação, aeroporto brasileiro com maior número de passageiros, que é Aeroporto Internacional de São Paulo Guarulhos (GRU), número de passageiros referente a 2017 é da ordem de 37 96ESTRADAS E AEROPORTOS Os principais aeroportos brasileiros (Guarulhos - GRU, Congonhas CGH, Viracopos VCP, Galeão Santos Dumont SDU, Confins CNF e Brasília BSB) não aparecem nem na lista de top-50 entre os maiores aeroportos do mundo em termos de pax-km (quantidade de passageiros) e ton-km (quantidade de carga). 8.2 Padronização do transporte aéreo Segundo a Anac, diferentemente da grande maioria dos países no mundo, transporte aéreo é gerenciado pelo Ministério da Defesa (Comando da Aeronáutica - Comaer), que tem como uma de suas finalidades apoiar, controlar e desenvolver a aviação civil no Brasil. São diversos organismos que atuam no setor: Órgãos vinculados ao Comando da Aeronáutica: Comar - Comando Aéreo Regional. São sete: Belém, Recife, Rio de Janeiro, São Paulo, Porto Alegre, Brasília e Manaus. Comara - Comissão de Aeroportos da Região Amazônica, com sede em Belém. - Decea - Departamento de Controle do Espaço Aéreo. - Direng - Diretoria de Engenharia, regionalmente representada pelos Serengs, serviços regionais. Órgãos vinculados ao Ministério dos Transportes, Portos e Aviação Civil: - SAC - Secretaria de Aviação Civil, ligada ao Ministério dos Transportes, Portos e Aviação Civil. - Anac Agência Nacional da Aviação Civil. Substituiu antigo DAC (Departamento da Aviação Civil) Também vinculada ao Ministério dos Transportes, Portos e Aviação Civil. Infraero empresa pública operadora de aeroportos. No mundo, a organização do transporte aéreo é realizada pelos órgãos a seguir: Organização da Aviação Civil Internacional (Oaci). lata Associação Internacional do Transporte Aéreo. ACI - Conselho Internacional dos Aeroportos. Reúne as principais companhias administradoras de aeroportos. A Infraero é a representante brasileira. Outro órgão cujas resoluções são muito utilizadas ao redor do mundo é a Federal Aviation Administration (FAA - Administração Federal da do governo dos Estados Unidos da América. 97