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Estradas- Notas de Aula Professor: Rosinaldo Medeiros – UFRR/CCT/DEC 1- Generalidades 1.1 – Histórico e evolução do transporte terrestre Todo e qualquer caminho que defina uma rota para possibilitar um meio de transporte transitar sem obstáculos é chamado estrada. Portanto em função da superestrutura para comportar os tipos de meios de transporte podemos classificar as estradas em: Rodovias, Ferrovias, Hidrovias, Aerovias e Especiais. Os transportes foram iniciados com toras e somente eram usadas em rios que possibilitavam a sua navegação. Com a descoberta da roda, foi facilitado o deslocamento utilizando-se força, inicialmente dos ventos, depois humana e por fim animal. A partir daí, iniciou-se as construções de estradas para que fossem facilitadas a transposição de obstáculos naturais, pois suavizando os caminhos era preciso o dispêndio de menos força. Automaticamente com o avanço dos sistemas de transporte, as estradas precisavam ser adaptadas e melhoradas. Entre os anos 3000 e 540 aC, povos da Mesopotamia usaram betume para cobrir as estradas que os persas já procuravam aperfeiçoar, usando asfalto natural. O Império Romano, em 312 aC, para expandir-se, construiu 29 rodovias militares, entre as quais tornou-se mais famosa a Via Ápia com 90km. Esta rodovia por incrível que pareça, ainda existe. A sua estrutura é com 2 camadas de lajes de pedras sobre uma camada de areia ou seixo. Sobre as lajes, foram acomodados seixos com pedras utilizando uma espécie de argamassa, e sobre eles uma camada fina de seixo para servir como revestimento. A conformação do leito das estradas no ano de 1775 foi implantado com um abaulamento para que as águas escoassem rapidamente sem se infiltrarem na estrutura do pavimento. Com isto, foi possível a redução das espessuras das camadas que compunham o pavimento, sendo selecionadas as pedras mais rígidas e resistentes para as camadas mais superiores. Europa � Fins do Sec. XVII – Reforma da antiga rede de estradas e construção de novas vias. � Transportes de tração animal: Carruagens; charretes; carros de boi, etc. � Século XVIII: evolução nos métodos de construção de estradas (Mac Adam e Telford – Inglaterra) � Séc. XIX: Locomotiva a vapor na Inglaterra – 1814 � Transporte de carvão nas minas do País de Gales � 1825 – primeira estrada de ferro do mundo (Stokton – Darlington); V = 25 Km/h ; percurso = 25 Km � Aperfeiçoamento da locomotiva: EUA ; França, etc. Brasil � 1854: inaugurada a Estrada de ferro Mauá, construída por Irineu Evangelista de Souza, o Barão de Mauá. Extensão: 14,5 Km; Locomotiva Baronesa. Atualmente existe em torno de 30.000 km de ferrovias 1.1.1 – Desenvolvimento do veículo automotor No Mundo � Início do Sec. XIX: Vulcanização da borracha (Goodyear) tratando-a com enxofre � 1869: Construção do 1o carro a vapor (Eng. Francês Cugnot) � 1884: Construção do motor a explosão (benzina) – Daimler � Industrialização do petróleo em larga escala, tornando possível o advento do automóvel � 1888: Fabricação de pneumáticos (Dumlop) � Aperfeiçoamento da indústria metalúrgica, produzindo materiais cada vez mais resistentes � 1889: Construção do 1o automóvel e aperfeiçoamento do motor a benzina (Eng. Penhard e Lavassor) � 1909: Henry Ford (EUA): Construção de veículos em série � Aperfeiçoamento das estradas (traçados e pavimentação adequados exigidos por este tipo de veículo) No Brasil No Brasil do período colonial, as estradas apresentavam aspectos primitivos e podiam mais propriamente ser designadas como trilhas destinadas ao trânsito de animais. Já durante o império iniciaram-se novos traçados bastantes avançados para a época, onde destacam-se a Rodovia União e Indústria (de Petrópolis a Juiz de Fora), a Rodovia Estrela ( de Magé a Curitiba) e o Caminho do Mar ( atual Via Anchieta de São Paulo a Santos). � Até 1922 não existiam estradas de rodagem no País � 1908: Primeira viagem feita do Rio de Janeiro a São Paulo que demorou 876h. � 1922: Washington Luiz, então governador de São Paulo, iniciou o desenvolvimento da política rodoviária no Brasil, prosseguindo em 1926 quando Presidente da República � 1925:Segunda viagem entre Rio de Janeiro e São Paulo com caminhos já melhorados, durou 144h (Extensão de 580 Km). Atualmente, a viagem pode ser feita em cerca de 6h apenas, graças ao aperfeiçoamento dos veículos e das estradas. � 1928: Presidente Washington Luiz inaugurou a 1a ligação entre Rio e S. Paulo e a estrada que liga o Rio de Janeiro a Petrópolis. � 1945: Organização sistêmica e o efetivo desenvolvimento do setor de transporte rodoviário no Brasil, com suporte legal, institucional e financeiro, no contexto de um Sistema Nacional de Viação, tiveram seu efetivo início logo após o encerramento da Segunda Guerra Mundial, com a instituição do Decreto-Lei n° 8.463, de 27 dez. 1945, representado pelo Engenheiro Maurício Joppert da Silva (1891 - 1985), quando exercia o cargo de Ministro de Estado dos Negócios da Viação e Obras Públicas, ao então Presidente da República, José Linhares.O citado Decreto-Lei ficou conhecido como Lei Joppert. � Fins da década de 50: A infra-estrutura rodoviária pública do Brasil, foi reorganizada,impulsionada pela instalação da indústria automobilística no país e pela efetivação de um modelo de vinculação tributária, anteriormente criado,que dava sustentação financeira à conservação e à expansão da rede de rodovias. � 1964: A partir de 1964, com a instituição do II Plano Nacional de Viação, consolidou-se a ideia de instrumentar o poder público com um dispositivo legal que estabelecesse os princípios gerais e as diretrizes para a concepção e para orientar a implementação de um sistema nacional de transportes unificado, visando a uma coordenação racional entre os sistemas federal, estaduais e municipais, bem assim entre as diferentes modalidades de transportes. � 1973: Foi instituída a terceira versão do Plano Nacional de Viação, que veio a se constituir numa espécie de “Carta Magna” para o setor de transportes, e que deveria, por disposição da própria lei que o instituiu, ser revisto a cada 5 anos. � Hoje, existem em torno de 1,8 milhão de Km de estradas (Federais, Estaduais Municipais e Privadas) dais quais mais de 160 mil Km pavimentados. � 2011: A frota de veículos automotores no Brasil é de aproximadamente 67 milhões. Esses dados mostram a importância do transporte rodoviário no País. 1.2 – Importância das Estradas 1.2.1 – Generalidades Estradas são vias terrestres naturais ou artificiais destinadas ao transporte de passageiros e mercadorias. Sob o ponto de vista técnico pode-se entender uma estrada como sendo o conjunto de obras executadas num terreno com objetivo de viabilizar uma superfície contínua, capaz de assegurar a facilidade do trânsito de veículos com segurança. No início, as estradas eram basicamente caminhos através dos campos e matas e cuja finalidade principal era satisfazer às necessidades rudimentares dos primórdios. Hoje, devido ao crescente desenvolvimento econômico, social e político, as estradas constituem as principais artérias de comunicação e aparelhos de circulação de riquezas. A importância das estradas é assunto sobre o qual não há mais controvérsia; não é necessário alinhar argumentos para justificar a enorme contribuição que o sistema viário desempenha no desenvolvimento de qualquer país. Desde a rodovia com pavimentação de baixo custo até a ferrovia, as estradas desempenham as funções de agente social e incrementador da economia, exercem ação político- administrativa e facilitam a integração nacional em toda extensão do País. 1.2.2 - Influências sociais, políticas, econômicas e ecológicasInicialmente, antes de entrarmos diretamente no estudo de uma estrada devemos ressaltar a sua influência econômica, política, social e ecológica sobre a região a ser por ela atravessada. Assim é que, economicamente abrem-se novos horizontes para o desenvolvimento, pela circulação rápida de produtos, possibilitando a exploração de regiões até então abandonadas. A ligação de polos potencialmente ricos através de estradas permite a consolidação da economia regional. O turismo atualmente exige rodovias bem estruturadas, que façam fluir o tráfego, evitando acidentes e perda de tempo em filas e/ou trânsito lento. Social e politicamente, podemos dizer que a abertura de novas estradas possibilita o alargamento das fronteiras internas formando novos aglomerados humanos que, futuramente, transformar-se-ão em cidades que constituirão as células do desenvolvimento nacional. Politicamente, observamos que as estradas além de constituírem fatores de segurança nacional, prestam-se também para definir administrações. Assim, dizia o presidente Washington Luiz: “Governar é abrir estradas”. Ecologicamente, a construção de uma estrada provoca um acidente ambiental irreparável. Não é possível construir uma estrada sem causar danos à natureza. Portanto este é um fator muito crítico que deve ser muito bem analisado, pois tem que se buscar um equilíbrio ecológico, para que a estrada não atrapalhe a natureza e nem a natureza atrapalhe o desenvolvimento social. Logicamente, possuem dispositivos no projeto de uma estrada que ajudam a preservar a natureza, como os túneis, pontes e elevados. 2.0 - Etapas do projeto de Engenharia Rodoviária 2.1 – Reconhecimento para o anteprojeto O reconhecimento tem por objetivo o estudo geral de uma ampla faixa do terreno, ao longo de um itinerário por onde se supõe poder passar o traçado da estrada. Supondo-se que se deseja projetar uma estrada entre duas cidades A e B, os trabalhos de reconhecimento visam obter as diversas alternativas de traçado desta ligação, numa ampla área situada entre os extremos A e B. Estas alternativas de traçado ficam condicionadas pela topografia, características técnicas da estrada, condições sócio-econômicas da região, políticas, ecológicas e às vezes também militar. 2.1.1 - Elementos necessários para o reconhecimento Para se fazer o reconhecimento, necessita-se conhecer previamente a localização dos pontos inicial e final da estrada e a Indicação dos pontos obrigatórios de passagem. A todos os pontos por onde uma estrada deverá passar obrigatoriamente, inclusive os pontos extremos, denomina-se “Pontos Obrigatórios de Passagem”. Esta obrigatoriedade, entretanto, pode ser determinada por fatores de ordem técnica ou por fatores de outra natureza (políticos, econômicos, sociais, históricas, ecológicas, etc.). Os pontos extremos de uma estrada são, sempre, determinados por condições que independem de qualquer exigência técnica. Da mesma forma, podem ser determinados alguns pontos intermediários (uma cidade ou povoado que deve ser servida, uma indústria que precisa escoar sua produção, etc.). Estes pontos são sempre definidos antes do início do estudo. São denominados de PONTOS OBRIGATÓRIOS DE PASSAGEM DE CONDIÇÃO. Quando, entretanto, durante o reconhecimento, selecionam-se pontos, no terreno, pelos quais será tecnicamente mais vantajoso passara a estrada (seja para se obter melhores condições de tráfego, seja para possibilitar obras menos dispendiosas, etc.), estar-se-á determinando PONTOS OBRIGATÓRIOS DE PASSAGEM DE CIRCUNSTÂNCIA. A escolha desses pontos é problema técnico e exige o máximo critério. A reta que liga os pontos extremos da estrada é a DIRETRIZ GERAL, representando a solução ideal para a realizar a ligação entre os pontos extremos. Isso seria possível somente em condições excepcionalíssimas do terreno e caso não houvesse, entre A e B, nenhum ponto de interesse que forçasse a desviar a estrada de seu traçado ideal. Cada uma das retas sue liga dois pontos obrigatórios intermediários é uma DIRETRIZ PARCIAL. Do estudo de todas as diretrizes parciais possíveis, resulta a escolha das que fornecerão o traçado no campo, isto é, a faixa de terreno onde se situará a estrada. Exemplo: No desenho acima, a estrada não pode seguir a diretriz geral (linha reta AB). Vários motivos influenciaram a criação de uma diretriz parcial. A estrada deve passar próximo à vila para atender a população (ponto C), deve passar pelo ponto mais estreito do rio, não apenas para possibilitar uma ponte menos onerosa, como também reduzir a área de pesquisas geológicas para estudos de fundações da ponte. Não deverá também cortar o rio três vezes pois exigiria a construção de três pontes. O aterro sobre banhado é sempre complicado e grandes cortes são sempre caros. Os pontos A, B e C são pontos obrigatórios de passagem de condição e não dependem de condições técnicas. Já os pontos 1, 2 e 3, são pontos obrigatórios de passagem de circunstância. 2.1.2 -Fases do Reconhecimento As tarefas a serem desenvolvidas no reconhecimento consistem basicamente de: - Coleta de dados sobre a região (mapas, cartas, fotos aéreas, estudos geológicos e hidrológicos existentes, projetos agropecuários realizados, dados sócio-econômicos da região, elementos topográficos, estudos de tráfego, etc.); - A observação do terreno (no campo, em cartas ou em fotografias aéreas), dentro do qual se situam os pontos obrigatórios de condição; - A determinação da diretriz parcial, considerando-se apenas os pontos obrigatórios de condição; - A seleção dos pontos obrigatórios de passagem de circunstância (tantos quantos possíveis); - A determinação das diversas diretrizes parciais possíveis, considerando-se além dos pontos obrigatórios de condição, também os de circunstância; - A seleção das diretrizes parciais que forneçam o traçado mais próximo da diretriz geral; - Levantamento de quantitativos e custos preliminares das alternativas; - Avaliação dos traçados. 2.1.3 - Tipos de reconhecimento A profundidade ou detalhamento dos trabalhos de campo, para a fase de reconhecimento, dependerá da existência e da qualidade das informações disponíveis sobre a região. Reconhecimento em Cartas e Fotos Como as cartas são em pequenas escalas, não é possível a definição do traçado sobre as mesmas. Este tipo de reconhecimento servirá apenas para definir algumas diretrizes, e deverá então uma equipe ir a campo para analisar qual a melhor. Para a definição das várias diretrizes, utiliza-se fotos aéreas onde pode-se obter mais detalhes que não constam nas cartas. a) Reconhecimento Terrestre O engenheiro percorre o traçado da estrada, escolhendo as posições adequadas de passagem e vai anotando a extensão dos alinhamentos, os valores angulares registrados, os obstáculos que o traçado terá que vencer. As anotações são feitas em uma caderneta de campo. b) Reconhecimento Aerofotogramétrico c) Reconhecimento através de satélites É feito por sensoriamento remoto com o objetivo de identificar o solo, relevo, recursos hídricos entre outros. Este tipo de reconhecimento oferece ganho de tempo, precisão de limite, além do registro de todos os objetos ao mesmo instante, possibilitando uma visão global do inter-relacionamento entre os mesmos. Portanto, o principal problema interpretativo é a diferenciação dos objetos que são relevantes para o reconhecimento da estrada. O uso do solo e o aspecto do relevo são posteriormente confirmados pela equipe terrestre. Geração de Curvas de Nível Como ilustrado na figura a seguir, as curvasde nível ou isolinhas são linhas curvas fechadas formadas a partir da interseção de vários planos horizontais com a superfície do terreno. Cada uma destas linhas, pertencendo a um mesmo plano horizontal tem, evidentemente, todos os seus pontos situados na mesma cota altimétrica, ou seja, todos os pontos estão no mesmo nível. Os planos horizontais de interseção são sempre paralelos e eqüidistantes e a distância entre um plano e outro denomina-se Eqüidistância Vertical. 2.1.4 – Estudo dos traçados Uma das fases preliminares, que antecede os trabalhos de execução do projeto geométrico propriamente dito, é a constituída pelos estudos de traçado, que tem por objetivos principais: a delimitação dos locais convenientes para a passagem da rodovia, a partir da obtenção de informações básicas a respeito da geomorfologia (relevo) da região, e a caracterização geométrica desses locais de forma a permitir o desenvolvimento do projeto pretendido. O tipo do traçado depende fundamentalmente do relevo do local onde será executada a estrada. Adota-se o tipo de traçado que possa superar as limitações do meio físico e ao mesmo tempo atenda as exigências do meio de transporte para o qual se está projetando a estrada. A cada dia é mais necessário à eficiência na construção de estradas não importando o seu tipo, sempre é necessário consciência e bom senso. A construção de estradas traz benefícios e malefícios, que podem ser minimizados, respeitando as legislações e as boas práticas. Abrem novos horizontes e encurta distância entre povos, do mesmo modo que prejudica e altera o relevo e a natureza do lugar. Existem quatro tipos de traçados clássicos: traçado de vale, traçado transversal, traçado de planície e traçado de montanha. a)Traçado de vale: É o que se faz ao longo de um vale, por uma de suas margens. É um traçado praticamente definitivo, pois a diretriz é o próprio curso da água. Quando o vale é fechado, o traçado torna-se sinuoso e obrigará muitas vezes a passagem de uma margem para a outra, a fim de possibilitar a obtenção de boas características e economia. A conveniência destas travessias está naturalmente condicionada a largura do curso da água, pois sendo este muito largo, deve-se evitar atravessá-lo escolhendo-se então a margem que permite em geral o melhor traçado. Todas estas observações devem ser assinaladas nas cadernetas do levantamento expedito, defronte da estaca correspondente. Quando o curso da água apresentar desníveis fortes (cachoeiras ou corredeiras) e o terreno marginal acompanhar este desnível, é necessário assinalar a observação, pois a crista de uma cachoeira representa um ponto obrigatório de passagem e cria muitas vezes dificuldades, principalmente ao traçado das ferrovias, por exigirem rampas fortes nesses pontos. b) Traçado Transversal: O traçado transversal caracteriza-se por atravessar diversas bacias, inclusive planícies,cursos d’água de vulto, garganta de contrafortes e de outros divisores de água, mais ou menos altos, que estão na diretriz. Por isso, esse tipo de traçado exige estudos cuidadosos. Previamente ao Ievantamento expedito, devem-se percorrer os pontos obrigatórios de passagem que estejam na diretriz, cujos principais são as travessias de gargantas dos contrafortes avançados ou depressões de elevações isoladas, os locais convenientes para a travessia dos cursos d’água a zonas pantanosas, etc. O traçado transversal compreende em geral um misto de traçado de planície com traçado de montanha. c) traçado de planície:A primeira vista, a situação de planície é a que apresenta menores dificuldades ao traçado de estradas. Porém apresentam dificuldades sempre que ocorrem extensas zonas pantanosas e cursos d’água de grande vulto que obriguem a mudança de direção com o objetivo de procurar terrenos mais altos ou atravessar cursos d’água em locais mais convenientes. No caso de terreno de planície um traçado ferroviário é totalmente diferente de um traçado rodoviário. Enquanto no caso da ferrovia, o traçado ideal é a reta, pois curva em tal traçado significa maior resistência ao movimento, no caso das rodovias não há praticamente acréscimo de resistência nas curvas. Por outro lado, as retas nas rodovias devem ser limitadas a 3 km no máximo, para evitar a monotonia das grandes retas e o ofuscamento constante dos faróis a noite. No caso, porém, de região em terreno ondulado, não há inconveniente nas tangentes rodoviárias,pois deixa de existir o perigo da monotonia e do ofuscamento dos faróis. Traçado de planície (Patagônia Argentina) d)Traçado de Montanha: Para se traçar uma estrada através de uma montanha, escolhe-se a garganta mais conveniente por onde deve passar o traçado, sendo de conveniência que esta garganta seja uma das mais baixas e situadas na diretriz escolhida. O acesso natural de uma estrada para atingir uma garganta, é feito em geral ao longo de vales que nascem nesta garganta e só na impossibilidade é que se passa para um vale vizinho. Há dois tipos clássicos de traçado se apresentam no acesso de uma montanha, a saber: 1) Traçado direto ; 2) Traçado com desenvolvimento artificial 1)Traçado direto: Geralmente não é possível lançar um traçado de montanha pelas margens de um rio até o alto de uma montanha, devido à declividade acentuada que cresce á medida que se aproxima do topo e que é superior ao limite de declividade possível nos traçados ferroviários, ou mesmo rodoviário. No entanto é possível que o traçado suba pela encosta de um contraforte de montanha para em seguida caminhar pela encosta da montanha até atingir a garganta, que poderá ser atravessada em corte ou túnel. Traçado de montanha direto (rodovia Yungas, Bolívia) Transposição de gargantas (Fonte: PONTES FILHO, 1998) Em regra, a garganta é transposta em corte, a fim de diminuir a declividade média e o desenvolvimento do traçado. Se a garganta for estreita e alta, pode ser transposta em túnel. A encosta pode ser vencida em aterro, contribuindo para a diminuição do traçado. Para ilustrar a situação, consideremos a Figura dada, sendo: H = diferença de cotas entre os pontos A e B; L = distância horizontal entre os pontos A e B i = rampa máxima do projeto; h = altura máxima de corte e aterro • Se ��< < < < i,não é necessário desenvolver o traçado, cortar nem aterrar. • Se ��>i,podemos ter: a) ����� < < < < i, caso em que aterrando em B e cortando em A não será necessário desenvolver o traçado b) ����� >i,é necessário passar em túnel ou desenvolver o traçado. A declividade de rampa (i%) é determinada por uma regra de três simples i ___________ 100 H___________L i% = �� x 100 2) Traçado por desenvolvimento: É o que se desenvolve em direção a garganta com sucessivas variações de sentido e curvas de ângulos centrais muito grandes em torno de 180o, resultando em considerável alongamento do percurso para que sejam atendidas às condições de raio mínimo e rampa máxima. 2.1.5)Trabalhos de escritório na etapa de reconhecimento Após o reconhecimento é feito um relatório completo e detalhado que recebe o nome de Memorial do Reconhecimento, no qual devem ser justificadas todas as opções adotadas. Basicamente, este relatório, que também é chamado de Relatório Preliminar, contém: · Descrição dos dados coletados no reconhecimento; · Descrição das alternativas estudadas; · Descrição de subtrechos de cada alternativa, caso existam; · Descrição das características geométricas adotadas; · Apresentação dos quantitativos e custos preliminares (Orçamento Preliminar); · Análise técnica-econômica e financeira dos traçados. O memorial deve apresentaruma descrição dos dados coletados, abordando aspectos econômicos gerais da região atravessada, fornecendo notícias sobre a cultura do solo, população e atividade econômica principal das cidades e povoados atravessados, enfim, tudo que possa contribuir para uma atualização do conhecimento sócio-econômico da região. Além da parte de texto, deve ser elaborado o desenho da linha de reconhecimento em planta e perfil. A escala das plantas a serem apresentadas deve ser 1:20.000, podendo-se aceitar, para trechos muito extensos (acima de 400 km), a representação na escala de 1:40.000 ou 1:50.000. O perfil da linha de reconhecimento deverá ser apresentado nas escalas horizontal de1:20.000 (ou 1:50.000) e vertical 1:2000 (ou 1:5000). Nos desenhos deverão ser assinalados, em forma esquemática, os principais acidentes orográficos e potamográficos dignos de nota, além da posição geográfica das cidades, vilas e povoados. As alternativas de traçados são lançadas sobre os elementos gráficos disponíveis, considerando, além das características técnicas, obtidas através dos estudos de tráfego para a estrada, aqueles relativos a geologia e hidrologia da área. Devem ser consideradas também as dificuldades topográficas e orográficas, condições de travessia dos cursos d´água, tipos de solos,etc. Os traçados são representados graficamente através de um anteprojeto geométrico em planta e perfil. Em planta, consiste no lançamento de tangentes e curvas circulares,observadas as condicionantes expostas acima. Em perfil, consiste no lançamento do greide preliminar das alternativas dos traçados, podendo ou não ser concordado por curvas verticais, dependendo da escala das plantas. Todas as alternativas de traçado da estrada serão orçadas em nível preliminar, para servir de base na avaliação técnico-econômica. Neste orçamento, deverá ser levado em conta a movimentação de terra e as obras de grande vulto (pontes, viadutos, muros de arrimo, túneis, etc.). A avaliação técnico-econômica das alternativas de traçado consiste em se obter os custos totais de transporte, composto dos custos de construção, operação e conservação, de cada alternativa. Os custos de construção correspondem ao orçamento apresentado no Memorial do Reconhecimento. Os custos de operação correspondem aos custos operacionais dos veículos que usarão a estrada. Estes dependem das condições geométricas da estrada, as quais irão oferecer melhor desempenho na operação do tráfego e definem o comprimento virtual do trecho. Os custos de conservação são estimados em função do volume de tráfego previsto. A rigor, a alternativa mais viável é aquela que apresenta os menores custos totais de transporte. Porém, como os resultados são ainda preliminares, o engenheiro deve usar o bom senso na seleção final das alternativas 2.2) Exploração para o Projeto definitivo Com o objetivo de realizar o Projeto Definitivo de Engenharia da Estrada, executa-se uma segunda etapa de estudos, com mais detalhes, possibilitando a obtenção de todos os demais elementos para a elaboração de um projeto inicial da estrada. Esta nova etapa é denominada Exploração ou Projeto. Durante a fase de exploração são desenvolvidos outros estudos, além dos topográficos, como os relativos à tráfego, hidrologia, geologia, geotécnica, etc. Estes estudos possibilitam a elaboração dos projetos geométrico, drenagem, terraplenagem, pavimentação, etc... A metodologia clássica de exploração consiste basicamente, dentre outros estudos, no levantamento topográfico rigoroso de uma faixa limitada do terreno, dentro da qual seja possível projetar o eixo da futura estrada. Essa faixa tem largura variável, de acordo com a orografia da região, e será levantada topograficamente de forma plani-altimétrica. Neste levantamento empregam-se instrumentos e procedimentos muito mais precisos do que aqueles empregados na fase de reconhecimento, com o objetivo de fazer a representação gráfica do relevo do terreno ao longo da faixa de exploração. Tomando-se para referência os Pontos Obrigatórios de Passagem (de Condição e de Circunstância), determinados na etapa anterior, procura-se demarcar no terreno uma linha poligonal tão próxima quanto possível do futuro eixo de projeto da estrada. A poligonal levantada topograficamente na fase de exploração recebe a denominação de Eixo de Exploração ou Poligonal de Exploração. É importante observar que esta poligonal não é necessariamente igual à poligonal estabelecida na fase de reconhecimento, pois a equipe de exploração pode encontrar, nesta fase, uma linha tecnicamente mais indicada e que se situe ligeiramente afastada da diretriz do reconhecimento. Observe-se, também, que o eixo de exploração não será necessariamente o eixo de projeto definitivo, isto é, o eixo da estrada a ser construída. Portanto, os trabalhos de campo tomam como apoio e guia os estudos desenvolvidos na fase de reconhecimento, os quais servirão para mais facilmente identificar os pontos obrigatórios de passagem, os acidentes geográficos, as travessias de cursos d´água, etc. 2.2.1 - Tipos de Exploração: A metodologia de exploração pode ser desenvolvida segundo os seguintes processos: a) Exploração clássica; b) Exploração Locada; c) Exploração Aerofotogramétrica. a) Exploração clássica – Nesta etapa procura-se definir uma poligonal tão próxima quanto possível do futuro eixo da estrada. Os trabalhos de campo, na fase de exploração, compreendem classicamente três estágios: 1) Lançamento do eixo da poligonal: É uma etapa muito importante na exploração, devido ao fato de que a poligonal a ser implantada será a linha de apoio para os demais serviços topográficos, com o objetivo de colher elementos que possibilitem a representação gráfica do relevo do terreno ao longo da faixa. Este aspecto evidencia o extremo cuidado que se deve ter na orientação a ser dada para o lançamento dos alinhamentos, que irão constituir a poligonal de exploração. O lançamento da poligonal de exploração deverá ser feito com base em medidas lineares (distâncias horizontais) e angulares (azimutes e deflexões) dos alinhamentos.Considerando-se toda a extensão da linha de reconhecimento, pode a implantação da poligonal de exploração ser entregue a uma única equipe de topografia ou distribuída por mais de uma delas. Em qualquer caso, cada trecho a ser levantado por uma equipe deve ter suas extremidades localizadas em pontos obrigatórios de passagem, para que se possa garantir a continuidade do eixo de exploração. As deflexões devem ser anotadas com aproximação de 1 minuto, enquanto as medidas lineares devem ser feitas com trena de aço. Recomenda deflexões sucessivas, para atender a condição de tangente mínima estabelecida pela norma. À medida que se realiza à implantação das tangentes (alinhamentos da poligonal), estas deverão ser estaqueadas. A operação consiste em demarcar no terreno, ao longo dos alinhamentos, pontos distanciados entre si de 20 metros, a partir de um ponto inicial. Este ponto inicial do estaqueamento recebe a denominação de Estaca Zero. A partir deste ponto, a tangente é piqueteada (isto é, são colocados piquetes) de 20 em 20 m, sendo o estaqueamento numericamente crescente no sentido do desenvolvimento do caminhamento. As medições são feitas com trena de aço. A Figura abaixo ilustra um estaqueamento.. Os pontos de mudança de direção, quando não coincidentes com estacas inteiras (o que geralmente acontece) são indicados pela estaca inteira imediatamente anterior mais a distância do ponto a essa estaca. Assim, a estaca fracionária resulta quando a extensão não é divisível por 20. Por exemplo, se o alinhamento tem uma extensão de 125,00 m e tem início na Estaca Zero, a sua outra extremidade fica caracterizada pela Estaca 6 +5,00m.Nesses pontos, são fixados pregos naparte superior dos piquetes e os mesmos são chamados de estacas-prego ou estacas de mudança como ilustra a Figura abaixo. Também pode existir estaca fracionária, entre duas estacas inteiras quando houver um acidente orográfico, travessia de curso d´água ou outro acidente digno de nota. Os piquetes devem ser cravados até ficarem rente ao chão (Para evitar de serem deslocados ou retirados por pessoas estranhas) e sempre acompanhadas por estacas (testemunhas) com a indicação do número da estaca, sempre com o número iniciando no topo, como indica a Figura 2. 5. . As anotações deste estágio inicial são feitas na chamada Caderneta de Caminhamento que pode ser visualizada na Figura 2. 6. Em conclusão, determinando-se o azimute e a extensão de cada alinhamento, as amarrações das tangentes e o estaqueamento da poligonal de exploração, passa-se ao segundo estágio dos trabalhos de campo, qual seja o Nivelamento e o contranivelamento da poligonal de exploração. 2) Nivelamento e Contranivelamento da poligonal O eixo da poligonal deverá ser nivelado em todas as estacas, portanto, utilizando piquetes cravados pela turma de estaqueamento, com o objetivo de determinar as cotas dos pontos do terreno, para traçar o perfil longitudinal. A cota inicial deverá ser transportada de uma referência de nível (RN) existente na região ou arbitrada, quando tal não puder acontecer. O método utilizado no nivelamento é aquele baseado no paralelismo de planos, o chamado Nivelamento Geométrico, cujos instrumentos empregados são o nível de luneta com tripé e a mira. Em cada estação mede-se a altura, ou seja, a distância vertical que vai do piquete até a linha de visada, estabelecida com o nível e a mira. A partir destas alturas e da cota inicial da Estaca Zero, determinam-se as cotas de todas as estacas subsequentes. Como a poligonal é aberta e não apoiada, comumente não tendo as suas extremidades caracterizadas por cotas previamente conhecidas para controle da qualidade do nivelamento,torna-se necessário que o eixo da poligonal seja contranivelado, de preferência por outro operador, e que o registro das leituras e informações seja feito em caderneta diferente. O contranivelamento é um segundo nivelamento que se procede com o fim de verificar a precisão do nivelamento. Para o extinto DNER (hoje DNIT), a tolerância dos serviços de nivelamento era de 2cm/km. 3) Levantamento das Seções Transversais: Para possibilitar a representação gráfica do relevo do terreno, ao longo da faixa de exploração, procede-se ao levantamento de seções transversais, a partir do eixo de exploração, conforme indica a Figura 2.8: São feitas marcações transversais ao longo do eixo da poligonal. Após as marcações deve ser levantadas seções em todas as estacas do eixo. A largura das seções transversais varia com a região e a classe da estrada. 2.2.2)Trabalhos de escritório Os trabalhos de escritório referentes às informações colhidas nos estudos topográficos têm por fim organizar a planta da faixa levantada, com a representação do relevo do terreno, planta esta que vai permitir projetar a diretriz da futura estrada e avaliar o custo provável da mesma. Concluídos os serviços de campo, as cadernetas são levadas ao escritório para os trabalhos de conferência e cálculos, após o que se tem condições de preparar os desenhos. Portanto, para a confecção dos desenhos será necessário calcular as cadernetas de caminhamento, de nivelamento, de contranivelamento e de seccionamento. O desenho da planta baixa, apresentando a poligonal de exploração, deverá ser feita na escala 1:2000, o qual fornece os acidentes topográficos da região e todas as informações levantadas no campo. Os elementos principais a constar são: Estradas de rodagem e de ferro; caminhos; cidades ; vilas; povoados; bacias hidrográficas, cadastro de propriedades, etc. O desenho do perfil longitudinal do terreno, ao longo do eixo da poligonal de exploração, é feito nas escalas horizontal 1:2.000 e vertical 1:200. As seções transversais são desenhadas na escala única de 1:200. A partir de interpolações gráficas, no desenho do perfil longitudinal e nas seções transversais, são determinados os pontos de passagem de curvas de nível de cota inteira de metro em metro. Estes pontos são lançados na planta estaqueada, constituindo um plano cotado, ao longo da faixa de exploração. Unindo os pontos de mesma cota, por uma linha suave e contínua, teremos as curvas de nível representando a altimetria da faixa estudada topograficamente. Projeto Definitivo ou Locação É a fase de detalhamento da fase de exploração (fase anterior), ou seja, cálculo de todos os elementos necessários à perfeita definição do projeto em planta, perfil longitudinal e seções transversais. O projeto final da estrada é o conjunto de todos esses projetos, complementado por memórias de cálculo, justificativas de soluções e processos adotados, quantificação de serviços, especificações de materiais, métodos de execução e orçamento. Uma estrada, quando bem projetada, não deverá apresentar inconvenientes como curvas fechadas e freqüentes, greide muito quebrado e com declividades fortes ou visibilidade deficiente. Ao projetar uma estrada deve-se, na medida do possível, evitar essas características indesejáveis. Como regras básicas, leva- se em consideração o seguinte: • As curvas devem ter o maior raio •A rampa máxima somente deve ser empregada em casos particulares e com a menor extensão possível; •A visibilidade deve ser assegurada em todo o traçado, principalmente nos cruzamentos e nas curvas horizontais e verticais; • Devem ser minimizados ou evitados os cortes em rocha; • Devem ser compensados os cortes e os aterros; • As distâncias de transporte devem ser as menores possíveis; A planta baixa, que é a representação da projeção da estrada sobre um plano horizontal, deverá conter basicamente 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; •Bordas da pista, pontos notáveis do alinhamento horizontal (PC´s, PT´s, PI´s, etc.) e elementos das curvas (raios, comprimentos, ângulos centrais,etc.); •Localização e limite das obras de arte correntes, especiais e de contenção; •Linhas indicativas dos “offsets” de terraplenagem(pés de aterro, cristas de corte), dos limites da faixa de domínio, das divisas entre propriedades, nomes dos proprietários, tipos de cultura e indicações de acessos às propriedades. •Serviços públicos existentes. A Planta Baixa, em geral, é desenhada na escala 1:2.000. A Planta em Perfil, que é a representação da projeção da estrada sobre uma superfície cilíndrica vertical que contém o eixo da estrada em planta, normalmente é desenhado nas escalas 1:2000 (horizontal) e 1:200 (vertical). Os desenhos deverão indicar: •O perfil Longitudinal do terreno; •A linha do greide; •As estacas dos PIV´s, PCV´s, PTV´s; •As cotas dos PIV´s, PCV´s, PTV´s; •Os comprimentos das curvas verticais de concordância; •As rampas, em porcentagem; •Os raios das curvas verticais; •As ordenadas das curvas verticais; •As cotas da linha do greide em estacas inteiras e em locais de seções transversais especiais; •A localização e limites das obras de arte correntes e especiais, com indicação de dimensões e cotas; •Perfil geológico. Planta Baixa de uma estrada, na fase de Projeto definitivo ou Locação (Fonte: PIMENTA e OLIVEIRA, 2001) Planta em Perfil de uma estrada, na fase de Projeto definitivo ou Locação (Fonte: PIMENTA e OLIVEIRA, 2001) 3.0 – ELABORAÇÃO DO PROJETO GEOMÉTRICO 3.1 – Introdução O PROJETO GEOMÉTRICO é a parte precípua do projeto de estradasque estuda as diversas características geométricas do traçado em função das leis do movimento, do comportamento dos motoristas, das características de operação dos veículos e do tráfego, de maneira a garantir uma estrada segura, confortável eficiente, exequível, economicamente recomendável, financeiramente realizável, social e politicamente abrangente. O movimento de veículos rodoviários convencionais, envolve a participação de três elementos básicos que atuam de forma combinada – o motorista, o veículo e a rodovia. O veículo e o motorista apresentam características variáveis enquanto que a rodovia é virtualmente imutável em suas características. Daí, a necessidade de projetar, ou seja, conceber, dimensionar, conformar uma estrutura, cuja vida útil seja inevitavelmente longa. No Brasil as estatísticas revelam um elevado nível de risco no trânsito, fazendo do País um dos mais violentos do mundo sobre rodas. Segundo a Polícia Rodoviária Federal (PRF), no ano de2007 , foram registrados, nas rodovias federais, 128 476 acidentes com 7228 mortos e 82 532 feridos. Por causas desconhecidas, ocorreram cerca de 42 000 acidentes. Isto leva a crer que as características geométricas atribuídas às rodovias, não só afetam significativamente a operação, a segurança do tráfego, a capacidade, como também influencia diretamente nos acidentes de tráfego. Outros elementos do projeto podem também exercer influências análogas, porém são de menores expressão. Os projetos do pavimento, drenagem, iluminação, sinalização, etc., devem ser levados em consideração, embora sejam complementares, já que não imprimem características à rodovia, mas garantem o seu perfeito funcionamento. O projeto de terraplenagem deve ser tratado essencialmente durante a fase de execução das obras. Outros elementos técnicos, tais como, estudos topográficos, de tráfego e econômicos, necessários à elaboração do projeto geométrico, embora auxiliem, não são diretamente ligados a este. Os projetos rodoviários têm evoluído continuamente ao longo dos anos. No início, o objetivo principal era a ligação entre dois pontos dentro das características técnicas dos veículos e das necessidades de segurança e padrão de operação. Com o crescente aumento dos usuários e a sensível melhora na performance dos veículos automotores, os projetos tornaram-se mais abrangentes. Um projeto geométrico adequado deve proporcionar um sistema rodoviário seguro, eficiente e econômico, compatível com as velocidades, volumes de tráfego, características dos veículos e usuários da via. As rodovias hoje são construídas para atender diversos fatores, tais como, economia, segurança, fatores sociais, ambientais, históricos e principalmente a demanda futura, ou seja, o tráfego, cujo atendimento constitui a principal finalidade da via. Além dos serviços acima descritos, nas modernas rodovias são indispensáveis os sistemas de comunicação e controle, tais como telefonia de emergência (caixas de chamada) e comunicação entre viaturas e, em algumas estradas mais modernas, são implantados sistemas de câmeras de TV para monitoramento permanente (Ex: Via Dutra). Historicamente o Governo sempre foi o responsável pela operação das rodovias, no entanto, nos últimos anos ocorreu um progresso na forma de operação das rodovias através da promulgação de uma legislação que permite a concessão de serviços públicos para a iniciativa privada. Dentro deste modelo de concessões rodoviárias, o Governo concede para a iniciativa privada a exploração de um determinado trecho rodoviário, exigindo desta a realização de obras para ampliação da capacidade e conservação da rodovia, autorizando-a a cobrar um pedágio dos usuários. Nestas situações o Governo mantém-se como controlador e fiscalizador das operações de cobrança e de execução das obras necessárias. 3.2 – Noções gerais de tráfego A engenharia de tráfego é definida como o ramo da engenharia que cuida do planejamento, projeto geométrico e da operação do tráfego nas vias e nos terminais, bem como da integração das diversas modalidades de transportes. 3.2.1 - CONCEITOS BÁSICOS DE TRÁFEGO a) Volume de Tráfego É o número de veículos que passam por uma determinada seção de uma via na unidade de tempo. Conforme o objetivo do estudo, os volumes podem referir-se a um ou dois sentidos de movimento, ou podem ser considerados apenas uma parcela da seção (uma faixa, uma pista, etc.) e ter como unidade básica de tempo o período de um ano, um dia ou uma hora. a.1) Volume Anual É o volume registrado em um ano (365 dias consecutivos). É utilizado para: determinar índices de acidentes, estimar receitas para implantação de pedágios, Estudar tendências de crescimento dopara determinação do volume de tráfego no ano horizonte de projeto. a.1.2) Volume Médio Diário (VMD) ou Volume Diário Médio(VDM) ou Tráfego Médio Diário(TMD) ou Tráfego Diário Médio (tdm) É o volume ou tráfego médio que passa numa seção da estrada durante um dia (24 horas). É utilizado para: avaliar a distribuição de tráfego, medir a demanda de uma via, programação de melhorias básicas, etc. a.1.3). Volume Horário (VH) ou Demanda Horária (DH) É o volume registrado em uma hora (normalmente ele é referido à hora de pico). É usado para: estudos de capacidade de vias, projetos geométricos, projetos de interseções, estabelecer controles de tráfego. a.1.4) Hora de Pico É o intervalo de uma hora de maior movimento numa determinada via, num determinado ponto, num determinado dia. a.1.5) Volume de Pico Volume registrado em uma hora na hora de pico. a.1.6) VARIAÇÃO HORÁRIA DO TRÁFEGO AO LONGO DO DIA •Os fluxos de tráfego apresentam mutações contínuas em seus volumes ao longo de um dia de 24 horas. •Nas vias urbanas, normalmente, mais de 70% das viagens diárias ocorrem no intervalo de 12 horas, compreendido entre sete da manhã e sete da noite. •Os volumes horários variam de 1 a 12% do volume diário. •O volume horário médio é de 4.2% do diário, sendo os valores de pico da ordem de três vezes o médio. •Quando há restrições de capacidade, os períodos de pico têm duração maior e intensidade menor (achatamento dos picos). •Nas vias rurais, normalmente existem dois horários de pico, um de manhã e outro à tarde, embora o pico da tarde geralmente tenha valores maiores que o da manhã. a.1.7) VARIAÇÃO SEMANAL •Em vias urbanas, normalmente, os volumes diários variam pouco no curso dos dias da semana. •As segundas e sextas feiras geralmente apresentam valores um pouco acima da média; o sábado tem um volume menor e os domingos e feriados apresentam os volumes mínimos nos grandes centros urbanos, porém em pequenos centros e em cidades turísticas o comportamento pode ser bastante diferente. • No caso de vias rurais, normalmente os maiores volumes são registrados na terça, quarta e quinta feiras na maioria das estradas. • Especificamente no caso de rodovias que servem localidades de veraneio, o comportamento é totalmente diferente, verificando-se volumes três a quatro vezes superiores à média semanal, nos fins de semana e feriados. b) TIPOS DE TRÁFEGO EM UMA RODOVIA Podemos classificar o tráfego de uma rodovia em 3 tipos principais: b.1) - Tráfego Existente (Atual) É o tráfego que utiliza a estrada no ano em que se faz o estudo. A determinação do tráfego existente de uma estrada é efetuada através de contagens volumétricas. b.2) - Tráfego Desviado É o tráfego existente em outras estradas e que passa a utilizar a estrada em questão, no momento em que são realizados melhoramentos ou no momento em que é terminada a construção da mesma. b.3) - Tráfego Gerado É o tráfego potencial que não existia e que passa a existir pelo efeito do melhoramento ou da construção, com conseqüente desenvolvimentoda região. Sua determinação é bastante difícil e imprecisa. Ela é normalmente efetuada através de estudos econômicos. c)COMPOSIÇÃO DO TRÁFEGO EM UMA RODOVIA A corrente de tráfego é composta por veículos que diferem entre si quanto ao tamanho, peso e velocidade. Sua composição é a medida, em porcentagem, dos diferentes tipos de veículos que a formam. Os veículos, de uma maneira geral, são classificados em leves (automóveis, camionetes, etc.) e pesados(caminhões, ônibus, etc.). Os veículos pesados, sendo mais lentos e ocupando maior espaço na pista, interferem na mobilidade dos outros veículos, acarretando uma diminuição da vazão de tráfego das vias. Assim, o efeito de um caminhão ou ônibus na corrente de tráfego é equivalente ao efeito de mais de um automóvel. Em vista disso, é comum adotar um fator de equivalência e transformar um volume misto num volume equivalente de carros de passeio (UCP). Portanto, a influência dos caminhões, ônibus, e outros veículos maiores., na corrente de tráfego, é considerada em termos de sua equivalência em relação aos carros de passeio. d) CAPACIDADE DE ESCOAMENTO DE TRÁFEGO DE UMA RODOVIA Capacidade de uma via (rua ou estrada) é o número máximo de veículos que pode passar por uma determinada seção, em uma direção ou ambas,durante a unidade de tempo, nas condições normais de tráfego e da via. A capacidade nunca poderá ser excedida sem que se modifiquem as condições da via considerada. A capacidade de uma via depende de quanto as condições físicas e de tráfego, prevalecentes na referida via distanciam-se das condições consideradas ideais. Para efeito de análise, define-se como condições ideais: Condições Físicas •Largura da faixa de tráfego maior ou igual a 3,60 metros; •Existência de acostamento e que tenha uma distância lateral livre de 1,80 m, sem qualquer obstáculo que reduza a visibilidade; •Existência de canteiro central (separador); •Altura livre mínima sobre a via de 4,50 m (gabarito vertical); •Existência de faixas especiais de aceleração, desaceleração e de retorno nos cruzamentos; •Pavimento em boas condições de uso; •Rampa máxima de 2%; •Existência de distância de visibilidade igual ou superior a 450 m. Condições de Tráfego •Tráfego composto exclusivamente de veículos de passeio; •Existência de controle total de acesso; •Fluxo contínuo, livre de interferências laterais de veículos e pedestres. É muito importante o conhecimento do valor da Capacidade, pois ela dá o valor limite do número de veículos que poderá passar por uma dada seção. Porém, além desse valor, deve-se levar em conta as condições de operação da via. Para medir as diversas condições de operação, desenvolveu-se o conceito de Níveis de Serviço. e) NÍVEIS DE SERVIÇO O conceito de Nível de Serviço está associado às diversas condições de operação de uma via, quando ela acomoda diferentes volumes de tráfego. É uma medida qualitativa do efeito de uma série de fatores, tangíveis e intangíveis, que para efeito prático é estabelecido apenas em função da velocidade desenvolvida na via e da relação entre o volume de tráfego e a capacidade da via (V/C). Qualquer seção de uma via pode operar em diferentes níveis de serviço, dependendo do instante considerado. De acordo com o “Highway Capacity Manual”, foram classificados 6níveis de serviço, desde o A (condições ideais de escoamento livre) até o F(congestionamento completo). Os diversos níveis de serviço são assim definidos: • NÍVEL A: Condição de escoamento livre, acompanhada por baixos volumes e altas velocidades. A densidade do tráfego é baixa, com velocidade controlada pelo motorista dentro dos limites de velocidade e condições físicas da via. Não há restrições devido a presença de outros veículos. Na Figura abaixo apresenta-se o correspondente ao Nível A. • NÍVEL B: Fluxo estável, com velocidades de operação a serem restringidas pelas condições de tráfego. Os motoristas possuem razoável liberdade de escolha da velocidade e ainda têm condições de ultrapassagem. • NÍVELC: Fluxo ainda estável, porém as velocidades e as ultrapassagens já são controladas pelo alto volume de tráfego. Portanto, muitos dos motoristas não têm liberdade de escolher faixa e velocidade. • NÍVEL D: Próximo à zona de fluxo instável, com velocidades de operação toleráveis, mas consideravelmente afetadas pelas condições de operação, cujas flutuações no volume e as restrições temporárias podem causar quedas substanciais na velocidade de operação. • NÍVEL E: É denominado também de Nível de Capacidade. A via trabalha a plena carga e o fluxo é instável, sem condições de ultrapassagem. • NÍVEL F: Descreve o escoamento forçado, com velocidades baixas e com volumes abaixo da capacidade da via. Formam-se extensas filas que impossibilitam a manobra. Em situações extremas, velocidade e fluxo podem reduzir-se a zero. f) VELOCIDADE DE PROJETO OU VELOCIDADE DIRETRIZ A American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) define velocidade de projeto (ou velocidade diretriz)como a máxima velocidade que um veículo pode manter, em determinado trecho, em condições normais, com segurança. A velocidade de projeto é a velocidade selecionada para fins de projeto da via e que condiciona as principais características da mesma, tais como raios de curvatura, superelevação e distâncias de visibilidade, das quais depende a operação segura e confortável dos veículos. A velocidade de projeto de um determinado trecho de estrada deve ser coerente com a topografia da região e a classe da rodovia. Em uma determinada estrada deve-se sempre adotar uma única velocidade de projeto, usando-se velocidades diferentes em casos especiais. A variação acentuada na topografia da região é um motivo para o uso de trechos com velocidades de projeto diferentes. Um dos principais fatores que governam a adoção de valores para a velocidade diretriz é o custo de construção resultante. Velocidades diretrizes elevadas requerem características geométricas mais amplas (principalmente no que se refere a curvas verticais e horizontais, acostamentos e larguras) que geralmente elevam consideravelmente o custo de construção. Definida a velocidade de projeto, a maioria das características geométricas serão calculadas em função dessa velocidade. g) VELOCIDADE DE OPERAÇÃO Circunstâncias locais poderão exigir a fixação de uma velocidade inferior à velocidade de projeto denominada velocidade de operação. Dessa forma, a velocidade de operação é definida como sendo a mais alta velocidade permitida aos veículos, sem atingir a velocidade de projeto, estabelecida por condições locais. A velocidade de operação é utilizada nos estudos de capacidadeeníveis de serviço da via. h) VEÍCULOS DE PROJETO Denomina-se veículo de projeto o veículo teórico de uma certa categoria, cujas características físicas e operacionais representam uma envoltória das características da maioria dos veículos existentes nessa categoria. Essas características condicionam diversos aspectos do dimensionamento geométrico de uma via, tais como: •A largura do veículo de projetoinfluencia na largura da pista de rolamento, dos acostamentos e dos ramos de interseções; •Adistância entre eixosinflui no cálculo da Superlargura e na determinação dos Raios Mínimos internos e externos das pistas dos ramos das interseções; •O comprimento total do veículoinfluencia a largura dos canteiros, a extensão das faixas de espera, etc.; •A relação peso bruto total / potência influencia o valor da rampa máxima e participa na determinação da necessidade de faixa adicional de subida; •A altura admissível para os veículos influi no gabarito vertical. A escolha do veículo de projeto deve levar em consideração a composiçãodo tráfego que utiliza ou utilizará a rodovia, obtida de contagens de tráfego ou de projeções que considerem o futuro desenvolvimento da região. Existem quatro grupos básicos de veículos de projeto a serem adotados, conforme as características predominantes do tráfego (no Brasil, normalmente o veículo CO): •VP: Veículos de passeio leves, física e operacionalmente assimiláveis ao automóvel, incluindo utilitários, pickups, furgões e similares; •CO: Veículos comerciais rígidos, compostos de unidade tratora simples. Abrangem os caminhões e ônibus convencionais, normalmente de 2 eixos e 6 rodas; •SR: Veículos comerciais articulados, compostos normalmente de unidade tratora simples e semi-reboque; •O: Representa os veículos comerciais rígidos de maiores dimensões que o veículo CO básico, como ônibus de longo percurso e de turismo,e caminhões longos. 3.3 – CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRADAS Neste estudo vamos dar ênfase às estradas de rodagem, devido sua maior participação na economia nacional. As rodovias federais são designadas por uma sigla, constituída pelo símbolo “BR” (indicativo de qualquer rodovia federal brasileira), seguido de um traço separador, e de um número de três algarismos; o primeiro algarismo indica a categoria da rodovia, e os dois remanescentes indicam a posição da rodovia em relação aos limites geográficos do país e em relação a Brasília, a capital federal, obedecidas as seguintes indicações: a) Rodovias Radiais (0): são aquelas que partem de Brasília, em qualquer direção, para ligá-la às capitais estaduais ou a pontos periféricos importantes do País. Ex.: BR-040. (Brasília - Rio de Janeiro) b) Rodovias Longitudinais (1): aquelas que têm direção predominantemente Norte-Sule que, por força de sua grande extensão (maior que 200 km), constituem, em geral, vias de ligação nacional. Ex.: BR-116 (Fortaleza - Jaguarão). c) Rodovias Transversais (2): São as que têm direção predominantemente Leste-Oeste e que, normalmente, possuem extensão maior que 200 km. Ex.: BR-230 (Transamazônica). d) Rodovias Diagonais (3): possuem direção oblíqua em relação aos paralelos, ou seja, direções Nordeste-Sudoeste ou Noroeste-Sudeste. Assim, podemos ter: •Diagonais Ímpares: têm direção geral nordeste - sudoeste (NE-SO). Ex. BR-319 (Manaus - Porto Velho). •Diagonais Pares: têm direção geral noroeste-sudeste (NO-SE). Ex.: BR-316 (Belém - Maceió). e)Rodovias de Ligação (4): em geral essas rodovias ligam pontos importantes das outras categorias. Embora sejam estradas de ligação, chegam a ter grandes extensões, como a BR-407, com 1251 km. Já a BR-488 é a menor de todas as rodovias federais, com apenas 2,9 km de extensão. Esta rodovia faz a conexão da BR-116 com o Santuário Nacional de Aparecida no Estado de São Paulo. O quadro 1, mostra como estão distribuídas as rodovias federais em todo território brasileiro. Vejamos, a seguir, como são aplicadas as definições quanto aos outros dois algarismos. a) Rodovias Radiais São rodovias que partem da Capital Federal em direção aos extremos do país. Nomenclatura: BR-0XX Primeiro Algarismo: 0 (zero). Algarismos restantes: a numeração dessas rodovias pode variar de 010 a 090, segundo a razão numérica 010 e no sentido horário. Exemplo: BR-040. b) Rodovias Longitudinais São rodovias que cortam o País na direção Norte-Sul. Nomenclatura: BR-1XX Primeiro Algarismo: 1 (um) Algarismos restantes: a numeração varia de 100, no extremo leste do País, a 150, na Capital, e de 150 a 199, no extremo oeste. O número de uma rodovia longitudinal é obtido por interpolação entre 100 e 150, se a rodovia estiver a leste de Brasília, e entre 150 e 199, se estiver a oeste, em função da distância da rodovia ao meridiano da Capital Federal. Exemplos: BR-101, BR-153, BR-174. c) Rodovias Transversais São rodovias que cortam o país na direção Leste-Oeste Nomenclatura: BR-2XX Primeiro Algarismo: 2 (dois). Algarismos restantes: a numeração varia de 200, no extremo norte do país, a 250, na Capital Federal, e de 250 a 299 no extremo sul. O número de uma rodovia transversal é obtido por interpolação, entre 200 e 250, se a rodovia estiver ao norte da Capital, e entre 250 e 299, se estiver ao sul, em função da distância da rodovia ao paralelo de Brasília. Exemplos: BR-230, BR-262, BR-290 d) Rodovias Diagonais Estas rodovias podem apresentar 2 modos de orientação: - Noroeste-Sudeste; ou - Nordeste-Sudoeste. Nomenclatura: BR-3XX Primeiro Algarismo: 3 (três). Algarismos restantes: a numeração dessas rodovias obedece ao critério especificado abaixo: Rodovias diagonais orientadas na direção geral NO-SE: A numeração varia, segundo números pares, de 300, no extremo Nordeste do país, a 350, em Brasília, e de 350 a 398, no extremo Sudoeste. Obtém-se o número da rodovia mediante interpolação entre os limites consignados, em função da distância da rodovia a uma linha com a direção Noroeste-Sudeste, passando pela Capital Federal. Exemplos: BR-304, BR-324, BR-364. Rodovias diagonais orientadas na direção geral NE-SO: A numeração varia, segundo números ímpares, de 301, no extremo Noroeste do país, a 351, em Brasília, e de 351 a 399, no extremo Sudeste. Obtém-se o número aproximado da rodovia mediante interpolação entre os limites consignados, em função da distância da rodovia a uma linha com a direção Nordeste-Sudoeste, passando pela Capital Federal.Exemplos: BR- 319, BR-365, BR-381. e) Rodovias de Ligação Estas rodovias apresentam-se em qualquer direção, geralmente ligando rodovias federais, ou pelo menos uma rodovia federal a cidades ou pontos importantes ou ainda as nossas fronteiras internacionais. Nomenclatura: BR-4XX Primeiro Algarismo: 4 (quatro). Algarismos restantes: a numeração dessas rodovias varia entre 400 e 450, se a rodovia estiver ao norte do paralelo da Capital Federal, e entre 450 e 499, se estiver ao sul desta referência. OUTRAS CLASSIFICAÇÕES DE RODOVIAS Quanto ao tipo: Podem ser classificadas em dois grupos: • Estradas de Rodagem • Estradas de Ferro SUPERPOSIÇÃO DE RODOVIAS Existem alguns casos de superposições de duas ou mais rodovias. Nestes casos usualmente é adotado o número da rodovia que tem maior importância (normalmente a de maior volume de tráfego). QUILOMETRAGEM DAS RODOVIAS A quilometragem das rodovias não é cumulativa de uma Unidade da Federação para a outra. Logo, toda vez que uma rodovia inicia dentro de uma nova Unidade da Federação, sua quilometragem começa novamente a ser contada a partir de zero. O sentido da quilometragem segue sempre o sentido descrito na Divisão em Trechos do Plano Nacional de Viação e, basicamente, pode ser resumido da forma apresentada a seguir: •Rodovias Radiais →o sentido de quilometragem vai do Anel Rodoviário de Brasília em direção aos extremos do país, e tendo o quilometro zero de cada estado no ponto da rodovia mais próximo à capital federal. •Rodovias Longitudinais →o sentido de quilometragem vai do norte para o sul. As únicas exceções deste caso são as BR-163 e BR- 174,que tem o sentido de quilometragem do sul para o norte. •Rodovias Transversais →sentido de quilometragem vai do leste para o oeste. •Rodovias Diagonais →a quilometragem se inicia no ponto mais ao norte da rodovia indo em direção ao ponto mais ao sul. Como exceçõespodemos citar as BR-307, BR-364 e BR-392. •Rodovias de Ligação →geralmente a contagem da quilometragem segue do ponto mais ao norte da rodovia para o ponto mais ao sul. No caso de ligação entreduas rodovias federais, a quilometragem começa na rodovia de maior importância. As Características Técnicas das Estradas de Rodagem Inicialmente, antes de se conhecer como estão classificadas as rodovias brasileiras é interessante entender como o Brasil regulamenta os tipos de vias existentes no país. Para isto, o Código de Trânsito Brasileiro - CTB (Lei nº 9.503, de 23 de setembro de 1997),Art. 60, torna- se o instrumento basilar sobre este assunto. Classificação viária – CTB Vias urbanas Vias rurais: - vias de trânsito rápido - vias arteriais - vias coletoras - vias locais - rodovias - estradas Entendido isso, deve-se passar a entender que as rodovias brasileiras estão classificadas por Norma Técnica que define e orienta as principais características dos projetos das Estradas Federais e das estradas em planos regionais, devendo ser aplicada tanto à construção de novas obras quanto ao melhoramento das estradas existentes. A classificação e as principais características técnicas das estradas de rodagem apresentam as seguintes designações: Além da capacidade de tráfego, as classes das rodovias se distinguem de acordo com a velocidade de segurança que possibilitam imprimir por meio dos raios de curvatura horizontal, as declividades longitudinais, distâncias mínimas de visibilidade, largura da faixa de domínio da via, controle de interseções, largura de acostamentos, das pistas largura e número de pistas de tráfego, largura das faixas de tráfego etc... BR-050, trecho em SP A título ilustrativo e informativo, a seguir, são apresentadas algumas fotos de rodovias europeias com projetos geométricos e construtivos de alto nível. O Brasil também possui rodovias com tais padrões, porém a integral localização dessas rodovias está na Região Sudeste. Com base nas divulgações dos próprios órgãos oficiais, merece destaque a observação sobre a atenção que os Dirigentes Nacionais têm dado à infraestrutura viária brasileira, dado o mal estado de conservação das rodovias nacionais. No Brasil, constantemente, lemos e ouvimos comentários sobre as necessidades de desenvolvimento e crescimento econômico do país. Porém, é preciso observar que ao longo da história, se uma nação não dispõe de um sistema de transportes adequadamente mantido e estruturado, o seu grau de competitividade no cenário internacional fica comprometido. Assim, é correta a afirmação à qual correlaciona o grau desenvolvimento de uma sociedade à qualidade de construção e manutenção dos sistemas de transportes. Fotos Rodovias Estrangeiras: 3.3 – CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DAS ESTRADAS Algumas características geométricas das rodovias são relativas ao valor da velocidade diretriz e outras estão relacionadas à velocidade de operação. A velocidade diretriz tem participação na determinação do greide máximo, raio mínimo de curvatura horizontal, distância de visibilidade nas curvas verticais, superelevação, superlargura, etc. Para a velocidade de operação temos: Comprimento crítico de rampa, comprimento das pistas de aceleração e desaceleração, etc. Para melhor entendimento do projeto geométrico de uma estrada, algumas destas características geométricas serão apresentadas: 3.3.1 – Superelevação Ao percorrer um trecho de rodovia em curva horizontal com certa velocidade, um veículo fica sujeito à ação de uma força centrífuga, que atua no sentido de dentro para fora da curva, tendendo a mantê-lo em trajetória retilínea, tangente à curva.Isto obriga o condutor do veículo a esterçar o volante no sentido da curva para manter o veículo na trajetória desejada. Para contrabalançar os efeitos das forças laterais (força de atrito e da força centrífuga), procurando oferecer aos usuários melhores condições de conforto e de segurança no percurso das curvas horizontais, é utilizado o conceito de superelevaçãoda pista de rolamento, que é a declividade transversal da pista nos trechos em curva, introduzida com a finalidade de reduzir ou eliminar os efeitos das forças laterais sobre os passageiros e sobre as cargas dos veículos em movimento. A superelevação é medida pela inclinação transversal da pista em relação ao plano horizontal, sendo expressa em proporção (m/m) ou em percentagem (%). NECESSIDADE DA SUPERELEVAÇÃO A mudança de trajetória dos veículos rodoviários, em curvas, é conseguida pela atuação de uma força, de formaa alterar sua trajetória inicial. São formas de introdução da força necessária à alteração da trajetória, as quais atuam isolada ou simultaneamente: a) Proporcionar à pista de rolamento declividade transversal com caimento orientado para o centro da curva; b). Giro das rodas direcionais doveículo, tornando-se oblíquas ao eixo longitudinal do veículo, porém sempre tangentes a cada ponto da trajetória. Em trajetória curvilínea, a resultante das forças que atuam sobre o veículo pode ser decomposta em duas componentes, tangencial e transversal à trajetória. Esta última é a responsável pela mudança de direção Considerando um veículo de peso P, percorrendo uma curva circular de raio R, com uma superelevação H e velocidade diretriz V constante.(ver Figura abaixo). Equilíbrio de forças com atrito transversal Onde: Fc = força centrífuga = ��� � �� Fa = força de atrito = � � � � cos � P = peso do veículo N – componente normal à pista No equilíbrio temos: � ��� � � �� �� Comoo ângulo α é muito pequeno ( menor que 6o), considera-se do ponto de vista prático: ��� � �� � � � ! � ", daí resulta: � ��� � �# � � ! � �� $�% = ��� � �# � ! � $��% = �� � � # $��%; fazendo�� � �, vem: � � # $��% → � $��% & # ;Subst. g = 9,8 m/s2 ; $ '(/�*,, , temos: � $�"�-% & #. /012���ã4 5�ó27�� 8� �91�2�:�;�çã4 =>? Onde: H → Superelevação, em m/m V → Velocidade diretriz em Km/h R → Raio da curva circular em metros f →Coeficiente de atrito transversal entre pneu e pavimento (adimensional) Os valores da expressão (I), para raios inferiores a 250 m, são exagerados, por esse motivo, considera-se para a velocidade diretriz V, 75% da mesma, e f = 0, que conduzirá a expressão a: @ 0,0044 CDE Da expressão (I), pode-se extrair o Raio Mínimo: 3.3.2- RAIO MÍNIMO DE CURVATURA HORIZONTAL Os raios mínimos de curvatura horizontal são os menores raios que podem ser percorridos à velocidade diretrize a taxa máxima de superelevação, em condições aceitáveis de segurança e de conforto de viagem. Os valores mínimos para o projeto geométrico de rodovias rurais,encontram-se resumidos abaixo. Região Classe 0 Classe I Classe II Classe III R (m) R (m) R (m) R (m) Plana 540 345 275 230 Ondulada 345 210 170 125 Montanhosa 210 118 80 50 Fonte: Manual de projeto geométrico (DNER, 1999) As normas do DNER(DNIT) fixam, como valores de coeficientes de atrito transversal máximos admissíveis para fins de projeto, os transcritos na tabela abaixo para diferentes velocidades diretrizes. Determinação da superelevação máxima pela regra prática (Pacheco de Carvalho) a) Considerando o raio limite inferior e sua correspondente superelevação, para cada acréscimo de 20m em relação a esse raio, ocorrerá um decréscimo de 0,5% na superelevação correspondente. b) Considerando o raio limite superior e sua correspondente superelevação, para cada decréscimode 20m em relação a esse raio, ocorrerá um acréscimo de 0,5% na superelevação correspondente. Classe 0 Classe I Classe II Classe III Manter 10% ↑ Manter 8% ↑ Manter 8% ↑ Manter 8% ↑ R (m) H% R (m) H% R (m) H% R (m) H% 480 10 360 8 200 8 400 7 240 7 440 6 300 5,5 500 4,5 340 4,5 540 3,5 400 3,0 580 2,5 420 2,5 800 2 600 2 440 2 Manter 2% ↓ Manter 2% ↓ Manter 2% ↓ Manter 2% ↓ Fonte: Pacheco de Carvalho Exemplo: Calcular a superelevação máxima, pela regra prática, para a curva horizontal de Raio igual a 460 m e Classe I. Considerando o raio limite inferior = 360 m → H = 8% , logo: 460 – 360 = 100/20 = 5x 0,5 = 2,5% → Hmáx = 8 -2,5 = 5,5% Considerando o raio limite superior = 600 m → H = 2% , logo: 600-460 = 140/20 = 7x 0,5 = 3,5% → Hmáx = 2 + 3,5 = 5,5% 3.3.3 – Superlargura: Acréscimo total de largura proporcionado às pistas de rolamento de rodovias em curvas, principalmente às de raios reduzidos,visando evitar que os veículos invadam a faixa oposta, quando forçados pela força centrífuga, derrapagens ou má inscrição na curva e assegurar um padrão adequado de segurança e conforto de dirigir. Superlargura obtida por alargamento simétrico Para o DNIT, a determinação da superlargura para uma estrada com n faixas de tráfego é obtida pela expressão denominada de Voshell-Palazzo ∆ G HE & IED & JDK � C10√E Onde: ∆ = Superlargura, em metros n = No de faixas de tráfego da pista de rolamento R = Raio de curvatura horizontal V = velocidade diretriz, em Km/h E = distância, em metros, entre os eixos do veículo, adotado como sendo 6 m (CO) Veículo Tipo CO Veículo Comercial Rígido 3.3.4 – Rampa máxima É a declividade longitudinal que varia de acordo com a classe e a classificação orográfica do trecho. Esses valores podem ser acrescidos de 1% para extensões até 800m em regiões planas, 300m em regiões onduladas e 250m em regiões montanhosas. Os valores dados são medidos na horizontal. 3.3.4 – Deflexão máxima É o máximo ângulo possível para que possa inscrever as concordâncias horizontais com um raio maior ou igual ao mínimo de Norma e ainda deixar, entre as curvas, o espaço mínimo necessário. 3.3.4.1 – Deflexão máxima para curvas consecutivas: As curvas consecutivas podem ser de mesmo sentido e de sentido contrário, estas comumente chamadas de curvas reversas. a) Curvas consecutivas de mesmo sentido A existência de curvas consecutivas de mesmo sentido, é decorrente da impossibilidade do prosseguimento BC, sendo necessário uma grande deflexão I2 dada no ponto C. Nestas curvas é permitido, em condições críticas, a inexistência de uma reta intercalando as duas curvas. b) Curvas consecutivas reversas De acordo com a Figura abaixo. Observa-se que o segmento de reta BC é: BC = T1 + d + T2 ; mas N1 E1 OP QRD S N2 E2 OP QDD ; VWPW: YZ %" �� >"� � 8 � %� �� >��→Equação Geral das Curvas Consecutivas O DNIT determina que, nas curvas consecutivas reversas, de concordância horizontal com curva circular, obrigatoriamente deverá existir uma reta intercalando ambas as curvas e normaliza em 40m, nas condições críticas, ou seja, sempre que possível será utilizada retas maiores. 3.3.5 – Tangente mínima É a menor reta possível de ser utilizada intercalando curvas reversas com o objetivo de anular a força centrífuga, permitindo uma maior estabilidade a quem ali trafegar. Para obter a deflexão máxima (I2 máx) nas curvas consecutivas reversas, basta fazer na equação geral R1 = R2 = Rmin e d = 40m, logo: OP [2 \á^2 _` & 40 & E\aG OP [12E\aG Para obter a deflexão máxima(I2 máx) nas curvas consecutivas de mesmo sentido, basta fazer na equação geral R1 = R2 = Rmin e d = 0, logo: OP [2\á^ 2 _` & E\aG OP [12E\aG Conclusões: 1) Quando a deflexão real I2 real for menor que I2 máx calculada, significa que o comprimento BC possui extensão tal que permitirá a concordância das curvas consecutivas, dentro das Normas, utilizando raios R1 ; R2 ≥ Rmin. 2) Quando a deflexão real I2 real for igual a I2 máx calculada, significa que o comprimento BC possui extensão tal que permitirá a concordância das curvas consecutivas, dentro das Normas, utilizando-se apenas do Raio mínimo ( Rmin) para ambas. 3) ) Quando a deflexão real I2 real for maior que I2 máx calculada, significa que o comprimento BC não possui extensão tal que permitirá a concordância das curvas consecutivas, dentro das Normas, nem mesmo utilizando o Rmin para ambas. O problema deve ser solucionado modificando o valor de I1 ou I2 e aumento o comprimento BC. 3.4 – Estudo da visibilidade Uma estrada deve oferecer condições de visibilidade suficiente para que o motorista possa desviar ou parar diante de qualquer obstáculo que possa surgir no seu percurso. A segurança de uma estrada está relacionada às condições de visibilidade que ela oferece, portanto, independentemente de valores mínimos o projetista deve sempre procurar soluções que permitam ao motorista a visão à distância de qualquer eventual obstáculo. Os valores mínimos são: Distância de visibilidade de parada (Dp) e Distância de visibilidade de ultrapassagem (Du). a) DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE DE PARADA (Dp): É a distância mínima necessária para que um veículo, que percorre uma estrada, possa parar antes de atingir um obstáculo na sua trajetória. Conforme a Figura acima, a distância mínima de visibilidade de parada (Dp) é dada por: Dp = dp + df +ds Onde: Dp → distância de visibildade de parada dp → distância de percepção df → distância de frenagem ds → distância de segurança Quando um motorista vê um obstáculo, leva um certo tempo para constatar se o objeto é fixo. Esse tempo depende de vários fatores, como condições atmosféricas, reflexo do motorista, tipo e cor do obstáculo e, especialmente, atenção do motorista. Daí surge o dp que é a distância percorrida durante o tempo de percepção até o instante do início da reação. É feita num intervalo estatístico médio de 2,5 seg. Dp = V x tp → dp = 2,5 V ; transformando KM/h para m/s, temos: bc 2,5 C3,6 . bc 0,7 C Para o cálculo de df, basta aplicar alguns conceitos de física: a energia cinética do veículo (Ec) no início do processo de frenagem deve ser anulada pelo trabalho da força de atrito ao longo da distância de frenagem (ƮFa). Assim: ∆Ec = ƮFa b� 12 \ CD � � b� 12 �P CD � � b� . b� CD2P� Compatibilizando as unidades, temos: b� h C D3,6Di2^9,8^� . b� CD254 � f = coef. de atrito longitudinal entre pneu –pavimento. Quando o trecho da estrada considerada está em rampa ascendente, a distância de frenagem em subida será menor que a determinada pela equação acima, e maior no caso de descida.Para levar em conta o efeito das rampas é usada a equação: b� CD254 =� � a? Onde: df= distância de frenagem, em m; i = greide, em m/m ou % (+, se ascendente; - , se descendente); V = velocidade de projeto, em km/h; f = coeficiente de atrito longitudinal pneu/pavimento. ds = distância de segurança, ou seja, a distãncia que deve ter o veículo após estar imobilizado. bl m Rn C. Alguns órgãos rodoviários adotam um valor em torno de 5 m. Portanto, a distância simples de visibilidade de parada vale: pc 0,7C � CD254� � 5 Existe também a distância dupla de visibilidade de parada que representa a menor distância
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