Trabalho Final - Infraestrutura Viária

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Infraestrutura Viária
Engenharia Civil
Ana Luisa de Macedo Gatto
Felipe Miranda Castro Normandia Gonçalves
Mateus Paes Almeida Miranda e Martins 
Rafael Machado Carlos
Belo Horizonte
Novembro de 2014
Ana Luisa de Macedo Gatto
Felipe Miranda Castro Normandia Gonçalves
Mateus Paes Almeida Miranda e Martins
Rafael Machado Carlos
Infraestrutura viária
Dissertação apresentada ao Curso de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, na disciplina Infraestrutura viária.
Professor: José Nonato Saraiva Filho
Belo Horizonte
Novembro de 2014
Lista de figuras
Figura 1 – Eixo 1	7
Figura 2 – Perfil longitudinal eixo 1	7
Figura 3 – Greide reto – eixo 1	9
Figura 4 – Curvas verticais – eixo 1	9
Figura 5 – Greide de projeto – eixo 1	10
Figura 6 – Superlargura	11
Figura 7 - Superelevação	11
Figura 8 – Seções gabaritadas	12
Figura 9 – Tabela de seções gabaritadas	12
Figura 10 – Tabela de volume (parcial)	13
Figura 11 – Tabela de Bruckner (parcial)	11
Figura 12 – Diagrama de Bruckner	11
Figura 13 – Notas de serviço	15
Figura 14 – Curvas de nível do projeto	16
Figura 15 – Curvas de nível do projeto (zoom)	16
Figura 16 – Montagem do projeto	17
 
1. INTRODUÇÃO
O Sistema topoGRAPH é um software para processamento de dados topográficos, cálculos de volumes de terraplenagem, projetos viários e elaboração de notas de serviço. Destinado às diversas áreas da engenharia e da construção que se utilizam de uma base topográfica no desenvolvimento de seus trabalhos levando em consideração as normas padronizadas pelo DNIT e o conhecimento adquirido no semestre, visando encontrar o traçado mais adequado para uma estrada. Esse trabalho prático tem como objetivo o planejamento de um projeto viário, usando como ferramenta o software topoGRAPH.
O procedimento final deverá apresentar: Projeto Geométrico (Planta, Perfil Longitudinal, Seções Transversais, Gráficos/tabelas Superelevação e Superlargura); Projeto de Terraplenagem (Planilhas de cálculo de áreas, volumes, ordenadas de Bruckner, Diagrama de Bruckner, Quadros de orientação da terraplenagem, Nota de Serviço) e uma dissertação explicando o passo a passo do trabalho. 
2. Dados técnicos
Para o desenvolvimento do projeto, os seguintes dados abaixo foram destacados:
Dados:
Plataforma de terraplenagem
Nos taludes de corte e aterro, a cada 8 metros de altura, inserir uma banqueta com 4 metros de largura e 5% de declividade transversal.
METODOLOGIA
Para desenvolvimento do trabalho, foram seguidas todas as etapas à elaboração de um projeto geométrico, conforme estudos, roteiros e normas pesquisadas.
3.1 Traçado do Eixo da Via
Verificou-se a presença de divisores de águas ao analisar o terreno e suas curvas de nível. Para que as intervenções no terreno natural, como cortes e aterros, fossem minimizados, optou-se por traçar o eixo da via ao longo desses divisores, o que torna o projeto economicamente viável, reduzindo seus custos.
No que se refere ao perfil longitudinal do eixo calculado, observa-se o terreno mais suavizado, possibilitando a definição de um greide mais favorável e rampas com menores inclinações. Buscou-se encontrar um traçado onde houvesse o menor número de curvas horizontais possíveis, de forma a evitar sobreposições. 
3.1.1 Eixo 1
 Figura 1 – Eixo 1
Figura 2 – Perfil Longitudinal - Eixo 1
3.2 Desenvolvimento do Projeto:
Criou-se um novo projeto com escala 1:2000. A tabela de coordenadas topográficas foi disponibilizada através do roteiro seguido. A partir dela, criou-se uma área de desenho, onde os pontos da referida tabela foram carregados. Após análise das curvas de nível e características do relevo, traçamos nossos eixos e seus respectivos PI’s. Para nos auxiliar na escolha do melhor traçado horizontal, foi gerado o modelo 3D do terreno.
3.2.1 Traçado horizontal
Assim que inseridos os pontos obrigatórios de saída e de chegada, e definido o eixo da via, criou-se o alinhamento e foram calculados os vértices, curvas horizontais e cotas, obtendo-se o perfil longitudinal. Os raios das curvas horizontais foram estimados graficamente, tendo-se como base o raio mínimo de 210 metros, previamente estabelecido. Todas as curvas são circulares compostas com transição, simétricas, e seu comprimento (Lc) foi calculado através da fórmula lc=6*√R
Curva 1: Raio=1500m		Lc =230m 
Curva 2: Raio=270m		Lc =100m
Curva 3: Raio=500m		Lc =130m
Curva 4: Raio=520m		Lc=140m
O primeiro e último vértices são pontos de interseção.
3.2.2 Traçado Vertical
Sendo assim, criou-se um novo desenho, onde foi carregado o perfil longitudinal. A partir deste, definiu-se o greide reto referente ao Eixo 1, considerando a inclinação máxima de rampa de 8%. Os PIVs foram definidos em estacas inteiras, seguindo as orientações para um bom projeto (Figura 3)
Figura 3 – Greide Reto – Eixo1
As curvas verticais foram calculadas a partir da tabela gerada pelo TopoGraph (Figura 4), lembrando que o K da tabela corresponde ao Δi da fórmula utilizada para cálculo do comprimento da parábola: Y=K x Δi .
Figura 4 – Curvas Verticais – Eixo 1
Cálculo das Curvas Verticais:
Curva 1: Δi> 0 Curva Côncava -- K=32 -- Y=440m
Curva 2: Δi< 0 Curva Convexa -- K=48 -- Y=520m
Curva 3: Δi> 0 Curva Côncava -- K=32 -- Y=160m
Curva 4: Δi< 0 Curva Convexa -- K=48 -- Y=360m
Depois de calculado os elementos do traçado vertical, gerou-se um novo desenho e obtendo o greide de projeto. (Figura 5)
Figura 5 – Greide de Projeto – Eixo1
Superlargura:
Para o projeto do eixo 2, calculou-se a superlargura, considerando os seguintes dados:
- Velocidade diretriz: 80Km/h
- Distância entre eixos do veículo padrão do projeto: 6,10
- Mínimo à esquerda e mínimo a direita da pista de 0,20m.
Figura 6 – Superlargura
Superelevação
Dada a velocidade diretriz e conhecidos os raios das curvas horizontais, bem como a taxa de superelevação máxima de 8%, calculou-se a taxa de superelevação para cada curva. No software, foram inseridos os valores obtidos e calculou-se a superelevação do projeto.
Figura 7 – Superelevação
Seção Transversal Gabaritada
Visualizou-se a seção transversal gabaritada de cada estaca, de acordo com o greide definido. Verificou-se que o perfil do terreno se encontrava com as seções tipo introduzidas do projeto, como esperado.
Figura 8 – Seções Gabaritadas
Figura 9 – Tabela de seções gabaritadas
3.6 Volume
O volume foi calculado pelo TopoGRAPH (Figura 10). O cálculo do volume (corte e aterro) é obtido através da multiplicação da área do corte ou aterro pela semi-distância entre duas estacas consecutivas. 
Figura 10 – Tabela de Volume (parcial)
Após analisar, notamos que o volume de corte (214.387,969 m³) é insuficiente para realização dos aterros (225.877,697 m³). Considerando o fator de homogeneização FH=1,3 (30% mais corte do que aterro), temos que será necessário um volume de 293.641,006 m³, necessitando de um volume de empréstimo de 79.253,037 m³ para a completa execução do projeto. 
Através de adaptações em nosso greide, poderíamos compensar de forma melhor a proporção de volume de corte e aterro, obtendo uma maior compensação, de modo a evitar que tenha a necessidade de bota-fora e materiais de empréstimo, o que é fator de extrema importância no projeto de terraplenagem, devido aos elevados custos desta etapa.
3.7 Diagrama de Bruckner
O diagrama de massas (ou de Brückner), facilita a análise da distribuição dos materiais escavados, permitindo o enfoque gráfico. • Vantagem: possibilidade de se estudar a distribuição dos volumes de terra com rapidez e precisão aceitáveis, auxiliando no cálculo da distância média de transporte. • Para a construção do diagrama, calculam-se inicialmente as chamadas Ordenadas de Brückner. O diagrama é um gráfico que relaciona a movimentação de terra longitudinal e transversal ao longo da diretriz davia. Sua análise é de grande importância para tomadas de decisão. Através da tabela com os dados de corte, aterro, aterro corrigido, este considerando o fator de homogeneização Fh=1,3%, obtem-se as Ordenadas de Bruckner que correspondem ao volume de corte e aterro acumulados sucessivamente ao longo do eixo estradal (Figura 11). 
Figura 11 – Tabela de Bruckner (parcial)
Foi gerado o diagrama de Bruckner, por meio da tabela contendo as Ordenadas de Bruckner,. (Figura 12)
Figura 12 – Diagrama de Bruckner
Após análise do diagrama, são traçadas as linhas de compensação, tentando evitar ao máximo grandes volumes de bota-fora e material para empréstimo, levando também em conta as distâncias de transporte desses volumes, bem como o tipo de solo em questão.
Nota de Serviço
A nota de serviço é a tabela que contêm todas as informações necessárias para execução do projeto, como cotas, estacas, distâncias, volumes, os bordos da plataforma de terraplenagem, entre outros (Figura 13)
Figura 13 – Nota de Serviço (parcial)
4. PROJETO FINAL
Assim que definido todos os elementos do projeto geométrico, são recalculadas as curvas de nível para o projeto (Figuras 14 e 15).
Figura 14 – Curvas de Nivel do Projeto
Figura 15 – Curvas de Nivel do Projeto - Zoom
Temos a montagem final do projeto após a posse do traçado horizontal, perfil longitudinal com o greide de projeto, seções transversais gabaritadas e a planta em 3D, conforme mostra a Figura 16.
Figura 16 – Montagem do Projeto 
5. CONCLUSAO
Durante a elaboração o projeto é necessário encontrar uma solução que possibilite a construção da estrada com o menor movimento de terra possível, adotando as normas técnicas pertinentes, de forma a obter um traçado racional e um equilíbrio entre os volumes escavados e aterrados. O custo do movimento de terra é significativo em relação ao custo total da estrada. Os estudos devem buscar o equilíbrio entre volumes de cortes e aterros, minimizando empréstimos e ou bota-foras. Devemos ter muita atenção para as características do nosso terreno e saber usufruir da melhor forma possível das condições topográficas, para que nosso traçado seja prático, economicamente viável, seguro e confortável, atendendo às normas técnicas estabelecidas. 
Em nosso projeto, os resultados apontam para a necessidade de mais trechos de corte, para compensar os trechos de aterro, considerando-se o fator de homogeneização estabelecido Fh=1,3 (ver maiores detalhes no item 3.5 – Volume). Sabendo-se que o movimento de terra é decisivo no que diz respeito ao custo total da estrada, deveriam ser feitos os ajustes necessários para que a compensação entre o volume de corte e aterro fosse maior, evitando-se assim empréstimos e/ou bota-fora. 
REFERÊNCIAS
DNIT – MANUAL DE PROJETO GEOMÉTRICO DE RODOVIAS
LEE, ShuHan. Introdução ao Projeto Geométrico de Rodovias. Editora da UFSC. Florianópolis, 2002.