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Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 1 3. PROJETOS RODOVIÁRIOS ................................................................................. 4 3.1 Considerações Iniciais ....................................................................................... 4 3.2 Fases de Projeto ................................................................................................ 4 3.2.1 Estudos preliminares ................................................................................... 5 3.2.2 Anteprojeto .................................................................................................. 7 3.2.3 Projeto final de engenharia .......................................................................... 8 3.2.3.1 Estudos de topográficos ....................................................................... 8 3.2.3.2 Estudos geotécnicos ............................................................................ 9 3.2.3.3 Estudos hidrológicos ............................................................................ 9 3.2.3.4 Projeto Geométrico ............................................................................ 10 3.2.3.5 Projeto de Terraplenagem.................................................................. 11 3.2.3.6 Projeto de Drenagem ......................................................................... 11 3.2.3.7 Projeto de Pavimentação por pavimentos flexíveis ............................ 12 3.2.3.8 Projeto de pavimentação por pavimentos rígidos .............................. 13 3.2.3.9 Projetos de interseções, retornos e acessos ...................................... 13 3.2.3.10 Projeto de Obras de Arte especiais – OAE ...................................... 13 3.2.3.11 Projeto de Sinalização...................................................................... 14 3.2.3.12 Projeto de paisagismo ...................................................................... 15 3.2.3.13 Projeto de dispositivos de segurança e proteção ............................ 16 3.2.3.14 Projeto de cercas ............................................................................. 16 3.2.3.15 Projeto de Desapropriação ............................................................... 16 3.2.3.16 Orçamento das obras ....................................................................... 17 3.2.3.17 Plano de execução da obra .............................................................. 18 3.2.3.18 Componente ambiental de projetos de engenharia .......................... 18 3.3 Apresentação final dos projetos de engenharia rodoviária .............................. 19 3.4 Critérios de distâncias ...................................................................................... 21 3.4.1 Distâncias de visibilidade ........................................................................... 23 3.4.2 Distâncias de Visibilidade de Parada ......................................................... 24 3.4.2.1 Distância de Percepção e Reação ..................................................... 26 3.4.2.2 Distância Percorrida Durante o Processo de Frenagem .................... 27 3.4.2.3 Distância Total Percorrida Durante o Processo de Frenagem ........... 28 3.4.2.4 Relação entre a velocidade diretriz e a distância de visibilidade de parada ............................................................................................................ 29 3.4.2.5 Exemplos de cálculo de distâncias de visibilidade de parada ............ 30 3.4.3 Distâncias de visibilidade de ultrapassagem ............................................. 31 3.4.3.1 Exemplo de cálculo de distâncias de visibilidade de ultrapassagem . 35 3.4.4 Distância de segurança entre dois veículos (headway) ............................. 36 3.4.4.1 Exemplo de cálculo da distância de segurança entre dois veículos ... 37 3.5 Estudos dos Elementos Geométricos das Estradas ........................................ 38 3.6 A poligonal de projeto ou diretriz de projeto ..................................................... 42 3.6.1 A escolha de uma poligonal de projeto ...................................................... 43 3.6.1.1Exemplo da escolha de uma poligonal de projeto ............................... 46 3.6.2 Materialização da poligonal no campo ....................................................... 47 3.7 Estudo dos Elementos Geométricos Horizontais ............................................. 49 3.7.1 Superelevação ........................................................................................... 50 3.7.1.1 Distribuição da superelevação ........................................................... 52 3.7.1.2 Exemplo de calculo de superelevação ............................................... 53 3.7.2 Superlargura .............................................................................................. 54 3.7.2.1 Exemplo de cálculo de superlargura .................................................. 59 Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 2 3.7.3 Concordância com curvas horizontais ....................................................... 59 3.7.4 Concordância horizontal circular ................................................................ 60 3.7.5 Locação de curva de concordância horizontal simples – curva circular ..... 62 3.7.5.1 Exemplo de calculo de uma curva horizontal circular ........................ 62 3.7.6 Concordância horizontal com transição ..................................................... 64 3.7.6.1 Determinação do comprimento de transição ...................................... 66 3.7.6.2 Calculo dos ângulos centrais das espirais ......................................... 72 3.7.6.3 Cálculo do ângulo central da curva circular........................................ 72 3.7.6.4 Cálculo do desenvolvimento em curva circular. ................................. 72 3.7.6.5 Cálculo das coordenadas xC e yC. .................................................... 72 3.7.6.6 Cálculo dos parâmetros p e q. ........................................................... 72 3.7.6.7 Cálculo das tangentes exteriores. ...................................................... 72 3.7.6.8 Cálculo dos pontos singulares ........................................................... 73 3.7.6.9 Cálculo do Grau da Curva .................................................................. 73 3.7.6.10 Cálculo da deflexão por metro (DM) – corda de 10m: ...................... 73 3.7.6.11 Exercício de curvas horizontais com transição ................................ 73 3.8 Estudo dos Elementos Geométricos Verticais ................................................. 77 3.8.1 Concordância vertical ................................................................................ 78 3.8.1.1 Recomendações básicas para o alinhamento vertical de rodovias .... 81 3.8.2 Cálculo da parábola ................................................................................... 83 3.8.2.1 Cálculo da diferença das inclinações ................................................. 84 3.8.2.2 Determinação da corda máxima (L) ................................................... 84 3.8.2.3 Determinação do raio ......................................................................... 85 3.8.2.4 Determinação da ordenada máxima ................................................. 85 3.8.2.5 Determinação da expressão da parábola........................................... 85 3.8.2.6 Determinação do ponto mais alto ou mais baixo da parábola ............ 85 3.8.3 Sistemas de eixos ......................................................................................86 3.8.4 Sequencia de procedimentos para projetos ............................................... 87 3.8.6 Análise da Consistência Geométrica de Rodovias .................................... 88 3.8.6.1 Método Suíço ..................................................................................... 88 3.8.6.2 Método desenvolvido por Leisch e Leisch.......................................... 89 3.8.7 Exemplos de cálculo .................................................................................. 89 3.8.7.1 Exemplo de cálculo de curva vertical simples – curva convexa. ........ 89 3.8.7.2 Exemplo de calculo de curva vertical simples – curva côncava. ........ 92 3.9 Terceiras Faixas .............................................................................................. 94 3.9.1 Elementos das terceiras faixas .................................................................. 95 3.9.2 Tipos de terceira faixa ................................................................................ 95 3.9.3 Determinação da necessidade das terceiras faixas ................................... 96 3.9.4 Ponto de início e fim das terceiras faixas ................................................. 104 3.9.5 Comprimento mínimo de rampas ............................................................. 109 3.9.6 Distância mínima entre terceiras faixas sucessivas ................................. 110 3.9.7 Larguras de terceira faixa e acostamento ................................................ 110 3.9.8 Pavimento das terceiras faixas ................................................................ 112 3.9.9 Sinalização em terceiras faixas................................................................ 112 3.9.10 Resumo das metodologias para implantação de terceiras faixas .......... 112 3.10 Projeto de terraplenagem ............................................................................ 114 3.10.1 Cálculo de áreas .................................................................................... 114 3.10.2 Cálculo dos volumes ............................................................................. 119 3.10.3 Distribuição do material ......................................................................... 120 3.10.3.1 Redução e empolamento de volumes de terraplenagem ............... 120 Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 3 3.10.3.2 Compensação de volumes ............................................................. 121 3.10.3.3 Diagrama de massas ..................................................................... 123 3.10.3.4 Momento de transporte .................................................................. 126 3.10.3.5 Distância econômica de transporte ................................................ 128 3.11 Nota de Serviço .......................................................................................... 129 3.11.1 Cálculo da Nota de Serviço.................................................................... 129 3.12 Interseções .................................................................................................. 134 3.12.1 Projeto de Interseções ........................................................................... 142 3.12.2 Interseções em nível .............................................................................. 144 3.12.2 Interseções em níveis diferentes ........................................................... 154 3.13 Travessias urbanas ...................................................................................... 159 3.14 Fontes de consulta sugeridas ...................................................................... 161 3.14.1 Bibliografia do capítulo ........................................................................... 161 3.14.2 Normas Técnicas aplicáveis ao capítulo ................................................ 163 Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 4 3. PROJETOS RODOVIÁRIOS 3.1 Considerações Iniciais Neste capítulo pretende-se estudar como são elaborados os projetos geométricos das estradas. Embora o enfoque aqui seja voltado às rodovias, tudo o que será visto se adéqua também ao modal ferroviário, considerando-se suas peculiaridades próprias, tais como plataforma de terraplenagem mais estreita, rampas menos acentuadas, curvas de maior raio, etc.. Simplificadamente se pode considerar um projeto de uma estrada como sendo uma linha composta por uma sucessão de trechos retos e curvos, que devem concordar tanto em planta quanto em perfil, de forma que o movimento dos veículos sobre ela seja o mais suave e seguro quanto possível. 3.2 Fases de Projeto Um projeto é geralmente resultado de aproximações sucessivas de vários estudos e projetos, cabendo a estes permitir a perfeita execução da obra conforme o determinado pelos projetistas, possibilitar a sua visualização principalmente a quem for construir, o acompanhamento de sua elaboração, seu exame e sua aceitação e o acompanhamento da obra. Os projetos geralmente são elaborados em três etapas, cuja comparação dos resultados de uma etapa com os da etapa seguinte poderá confirmá-las ou indicar a necessidade de sua reformulação, e se caracterizam pelo crescente grau de precisão (e, por conseguinte, esforço e custo). Essas etapas são: Estudos preliminares – é a determinação da viabilidade do projeto, levantamentos preliminares expeditos de todas as condicionantes do projeto das linhas a serem mais detalhadamente estudadas com vistas à escolha do traçado. Estes estudos devem ser baseados nos planos diretores, reconhecimentos, mapeamentos e outros elementos existentes disponíveis. Anteprojeto – é um projeto executado com nível de precisão e detalhamento apenas suficiente para definição de alternativas, escolha do(s) traçado(s), e a estimativa do custo das obras. Projeto final de engenharia – também chamado projeto executivo, ou simplesmente projeto é o detalhamento do Anteprojeto apresentando de forma bastante clara a obra a ser executada, enumerando e explicando todos os serviços a serem realizados devidamente vinculados às Especificações Gerais, Complementares ou Particulares, quantificados e orçados usando-se a metodologia estabelecida para a identificação dos custos unitários e contendo também o cronograma para execução da obra, os equipamentos, materiais e mão de obra a serem disponibilizados de forma a atender os cronogramas físicos e financeiros. Após a se determinar que o meio mais adequado ao transporte entre dois pontos é o modal rodoviário deve-se fazer a escolha do traçado e das características técnicas mínimas (ou máximas) que a via deve atender, considerando-se sempre as restrições econômicas que sempre irão limitar o projeto. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 5 É importante notar que a estrada deve ser viável tanto política quanto econômica e financeiramente. Para que sua viabilidade seja determinada existem várias ferramentas que podem ser utilizadas, mas sempre a relação benefício/custo deve ser considerada. 3.2.1 Estudos preliminares A determinação para construção de uma rodovia deve (ou melhor, deveria) ser dada com base no plano rodoviário e no interesse político de se promover uma região. Este plano rodoviário, que foi elaborado em cima das determinações de um plano mais amplo de transportes envolvendo todos os modais, considera a participação das rodovias dentro das necessidadesimediatas e futuras de movimentação de carga e passageiros. Para justificar a construção de uma rodovia deve-se levar a cabo os estudos de viabilidade técnica e econômica, que para o DNIT (Projeto de Viabilidade Técnico Econômica - DNER/IS-101) é definido como: “Estudo de viabilidade técnica e econômica de rodovias é o conjunto de estudos desenvolvidos para avaliação dos benefícios sociais e econômicos decorrentes dos investimentos de implantação de novas rodovias ou melhoramentos de rodovias já existentes. A avaliação apura se os benefícios estimados superam os custos com os projetos e execução das obras previstas”. Com base em estimativas de tráfego, características técnicas e operacionais, dentre outros estudos e definições, será possível demonstrar a alternativa mais interessante, sob o enfoque de traçado e características técnicas e operacionais. É imprescindível que os estudos contemplem também os impactos ao meio ambiente e o cronograma físico e financeiro. Os estudos de viabilidade técnica e econômica são desenvolvidos em duas fases: os estudos preliminares e os definitivos. a) Na fase preliminar as atividades consideradas são: Diretriz geral: É a determinação de uma reta que liga os pontos extremos do traçado, também conhecidos como pontos obrigados de condição, ou forçados. Pontos de passagem: São os pontos que, de forma condicionante, por algum motivo, técnico, financeiro ou político determinam a passagem da estrada., são chamados de pontos obrigados de passagem. A Figura 3.1 apresenta uma sucessão de pontos forçados de condição e de passagem que define uma poligonal da diretriz básica do traçado, em planta. Estudos ambientais: visam apresentar o diagnóstico ambiental das alternativas em estudo de forma a ser elaborado o relatório de Avaliação Ambiental. Determinação das diretrizes das alternativas: Nesta fase deve-se considerar projetos, a nível municipal, estadual e federal que possam intervir nas opções preliminares, e devem ser determinados as zonas de tráfego, a área de influência dos estudos, o tráfego provável, as diretrizes viáveis, o padrão e a classe da rodovia. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 6 Figura 3.1. Diretriz geral ou ideal e diretriz básica de projeto. Pesquisas complementares: São necessários ainda a contagem de tráfego classificatória, a pesquisa de origem e destino e um cadastro expedito com registro dos acessos, perfil de tráfego, geometria, manejo ambiental, etc.. Determinação do tráfego atual e futuro: Serão projetados para os próximos 20 anos, o fator de pico da késima hora, de forma a determinar a capacidade da via; a tabela de tráfego potencial, atual e futuro e perfil da variação sazonal de tráfego e alterações médias diárias. Avaliação da capacidade e dos níveis de serviço: Devem ser analisadas conforme a metodologia proposta no Highway Capacity Manual tanto para a situação atual quanto para eventuais melhorias futuras. (ver item 2.8.5 - Classificação das rodovias quanto aos níveis de serviço). Levantamento sócio econômico: Com relação a este levantamento serão consideradas as seguintes atividades: definição do zoneamento de tráfego; análise do clima, solo, atividade econômica, população, produtividade, produção e mercados; análise preliminar das alternativas de traçado, e características funcionais da estrada bem como o potencial econômico da região; parâmetros de tráfego a serem utilizados nas projeções; hipóteses a serem adotadas para quantificação dos benefícios. Avaliação econômica dos benefícios: Com base nas hipóteses de cada alternativa serão definidos os benefícios diretos tais como redução dos custos de transporte e do número de acidentes; e dos benefícios indiretos como os advindos do desenvolvimento social e econômico resultantes do investimento. Processos de avaliação econômica dos investimentos rodoviários: quando a obra for executada em área com desenvolvimento já consolidado e em expansão será medida a redução dos custos dos transportes e quando a obra for implantada em locais em vias de desenvolvimento, além disto, serão avaliados os benefícios indiretos. b) Na fase definitiva os estudos de viabilidade técnica e econômica compreenderão: Definição e calculo dos custos de investimento: visando obter a relação custo/benefício e os cronogramas de desembolso financeiro. Os estudos deverão atender a tos os seguintes itens: • Terraplenagem; • Drenagem; • Obras de Arte Corrente; • Obras de Arte Especiais; • Pavimentação; Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 7 • Realocação de serviços públicos e locais; • Iluminação; • Sinalização; • Obras complementares; • Desapropriação da faixa de domínio e compra de direitos de acesso; • Medidas de proteção ambiental e recuperação do Passivo Ambiental; • Reassentamento de população afetada pelo empreendimento; • Paisagismo e urbanização; • Obras temporárias para manutenção do tráfego durante a construção; • Custo do projeto de engenharia rodoviária e supervisão na fase de construção; • Custos eventuais; • Custos de operação e manutenção para o período de vida útil a ser definido; Custos econômicos e financeiros: referentes a implantação, conservação, manutenção, infraestrutura operacional da via e dos veículos, incluindo acidentes e congestionamentos; Custos de implantação: são os custos necessários à implantação de cada alternativa e prever a ampliação da capacidade atual de tráfego; Custos de conservação: é o custo referente às intervenções rotineiras/preventivas/periódicas para manter a rodovia nas condição técnicas e operacionais; Custos de manutenção: custo de intervenções periódicas efetivada ao final de cada vida útil previamente estipulada; Custos de infraestrutura operacional da via: custos dos serviços que assegurem a segurança do usuário e a fluidez do tráfego Custo de operação dos veículos: custo de operação dos veículos conforme a metodologia proposta no modelo Highway Design Maintenance; Comparação entre benefícios e custos: comparação entre os custos e seus benefícios para cada uma das alternativas; Indicadores de viabilidade: são a taxa interna de retorno (TIR), benefício líquido atualizado (B-C), e a relação benefício/custo (B/C) para cada opção, inclusive com uma análise de sensibilidade; Elaboração do anteprojeto: atendendo as seguintes fases e instruções de serviço do DNER: ▪ IS-204 – Estudos topográficos para anteprojeto; ▪ IS-207 – Estudos preliminares de engenharia para rodovias (estudos de traçado); ▪ IS-227 – Restituição aerofotogramétrica e apoio de campo para anteprojeto de rodovia; ▪ IS–246 – Componente ambiental dos projetos rodoviários. 3.2.2 Anteprojeto Esta fase compreende uma reavaliação dos estudos de viabilidade técnica e econômica avaliando seus serviços e custos. Na fase de anteprojeto são desenvolvidos, entre outros, os seguintes estudos: Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 8 Estudos Topográficos para anteprojeto, conforme IS-204 do DNER; Estudos preliminares de engenharia para rodovias, conforme IS-207 do DNER; Estudos de restituição aerofotogramétrica e apoio de campo para anteprojeto de rodovia, conforme IS-227 do DNER; Composição ambiental dos projetos rodoviários, Conforme IS-246 do DNER.Utilizando os estudos já elaborados e/ou aprofundados, parte-se então para a definição da diretriz básica que contém: A definição dos trechos retos em planta, denominados de tangentes. A definição das curvas em planta, denominadas curvas horizontais que podem ser circulares ou circulares com transição; A definição das curvas verticais de concordância; Determinação das superelevações;. Determinação das superlarguras; Na fase seguinte, de projeto final de engenharia, serão complementados os estudos e desenvolvidas as competentes fases de projeto. 3.2.3 Projeto final de engenharia Vários serão os estudos efetuados nesta fase, sempre de forma tão pormenorizada quanto possível, evitando assim surpresas na hora da construção da obra. O DNIT especifica os seguintes projetos: 3.2.3.1 Estudos de topográficos Segundo a instrução de serviços do DNER, IS-205, o objetivo destes estudos é definir especificar os estudos topográficos a serem desenvolvidos, e que podem ser assim enumerados: Locação e amarração do eixo: que será efetuada a partir de seus pontos notáveis como, PI, PC, PT, TS, SC, CS, ST, PP, PF, acidentes topográficos margens de rios, cruzamentos, etc.. Nivelamento e contranivelamento do eixo de locação: Serão nivelados e contranivelados o eixo, com precisão mínima de 2 cm/km e diferença acumulada obtida pela formula: ne 5,12 onde: e = mm n = km A rede de RRNN será amarrada a um RN do IBGE e deverá ser materializada em todo o percurso a uma distância máxima de 500 metros e em todas as OAE, e outros pontos notáveis. Levantamento das seções transversais: Serão levantadas as seções transversais para todas as estacas em no mínimo os seguintes pontos: eixos, bordos, início e fim dos acostamentos, degraus entre o revestimento e Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 9 acostamento, trilhas de rodas, fundo de sarjetas, cristas de corte e aterros, pé de corte e de aterros. Levantamentos especiais: outros levantamentos normalmente também se fazem necessários, tais como: • Levantamento de interseções e acessos; • Levantamento de áreas de instalações de apoio: como postos de polícia, pedágio, balança, estacionamento, etc.; • Levantamento de bacias de contribuição; • Levantamento das obras de arte especiais e correntes existentes e localização das novas a serem construídas; • Cadastro da faixa de domínio; • Levantamento topográfico das ocorrências dos materiais de construção; • Levantamento para obras de melhoramento; • Levantamentos das áreas objeto dos projetos ambientais. 3.2.3.2 Estudos geotécnicos Os estudos geotécnicos para o projeto de engenharia (DNER/IS-206) serão constituídos, segundo o DNIT, nos seguintes volumes: Estudo do subleito; Estudo de empréstimo para o corpo de aterro; Estudo de ocorrência de materiais para pavimentação; Estudo de fundação dos aterros; Estudos dos locais das fundações das obras de arte especiais; Estudo de estabilidade de taludes. 3.2.3.3 Estudos hidrológicos Para o estudo hidrológico pode-se utilizar a norma DNER/IS-203. Hidrologia é a ciência que estuda a água na natureza. A água no seu ciclo precipita-se sobre o solo, escoa superficialmente, infiltra-se, emerge à superfície e finalmente evapora-se num ciclo contínuo. À engenharia das estradas interessa-nos principalmente sua precipitação, seu movimento na superfície e infiltração. Seu estudo será feito em duas fases. a) Fase preliminar que tem como objetivos a coleta de dados hidrológicos, e avaliar a vazão em determinados pontos a fim de identificarmos o vulto das obras. Os dados hidrológicos coletados serão de ordem pluviométrica, quando representam os dados referentes à chuva. Quando tratamos dos dados referentes às águas escoando na superfície nomeamos estes estudos como fluviométrico. b) Na fase de anteprojeto serão apresentados os seguintes estudos: Estudos dos dados pluviométricos: contendo: • Curvas de intensidade com duração e frequência; • Curvas de altura com duração e frequência; • Histogramas de precipitação pluviométrica mensal mínima, média e máxima; Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 10 • Histogramas com as distribuições mensais com o mínimo, a média e o máximo de número de dias com chuvas. Estudos dos dados fluviométricos • Valores extremos das vazões médias diárias em m3/s (caso haja medições com réguas linimétricas nas proximidades); • Valores das cotas de máximas cheias observadas nas proximidades da obra. Com base nestes dados e o tipo de obra, serão determinados o seguinte: Tempo de recorrência: é o tempo que determinada vazão leva estatisticamente, para se repetir em determinada seção. Para cada tipo de obra, e sua importância será escolhido um tempo de recorrência como o mostrado no Quadro 3.1 a seguir: Quadro 3.1: Tempo de recorrência mínimo, em anos. Espécie Período de recorrência em anos Drenagem superficial 5 a 10 Drenagem subsuperficial 1 Bueiro 10 a 25 e 50 (com orifício) Pontilhão 50 Ponte 100 Fonte: DNIT Tempo de concentração: é o tempo, contado a partir do começo da precipitação, para que toda a bacia hidrográfica1 contribua em determinada seção; Coeficiente de deflúvio: é a razão entre o volume total de água que escoa em determinada seção pelo volume total de água precipitada na bacia hidrográfica; Determinação das descargas das bacias: que varia segundo a disponibilidade de dados pluviométricos, do tamanho da bacia, etc.. 3.2.3.4 Projeto Geométrico O projeto geométrico (DNER/IS-208) é que definirá a geometria horizontal e vertical da estrada, as características geométricas da plataforma, particularmente, da pista de rolamento, em função da classe da rodovia e da região por ela atravessada e será efetuado em três fases: Preliminar: onde serão identificadas, analisadas e estudas as alternativas de projeto; Anteprojeto: onde serão elaborados as plantas e perfis preliminares e o plano funcional definitivo; Projeto: onde estarão pormenorizados todos os estudos de forma a garantir que o executor da obra tenha condições de materializá-la no campo. 1 Bacia hidrográfica ou bacia de contribuição é a área geográfica que coleta as águas da chuva que passarão na seção de um curso d’água em questão. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 11 3.2.3.5 Projeto de Terraplenagem Terraplenagem (DNER/IS-209) é a movimentação do solo para construção das estradas. Os materiais podem ser classificados da seguinte forma: Materiais de primeira categoria: são os materiais que conhecemos vulgarmente por solo, materiais cuja escavação não exige grandes esforços dos equipamentos. São basicamente as argilas, siltes e areias. Materiais de Segunda categoria: correspondem às rochas alteradas que normalmente são retiradas apenas com o uso de equipamentos mecânicos. Pode ser utilizado explosivos mas apenas para soltar o material. Materiais de terceira categoria: são as rochas, materiais cuja dureza exigem o uso de explosivos para quebrá-los em pedaços que possam ser transportados. Na fase de anteprojeto devem-se avaliar os volumes de material e sua movimentação, procurando ajustar tanto quanto possível os volumes de bota-foracom os de empréstimo. Nesta fase são definidos os locais prováveis de empréstimo e bota fora e um quadro com seus volumes e custos. Na fase de projeto de terraplenagem seu conteúdo deverá ter, no mínimo o seguinte: Os cálculos dos volumes de movimentação dos materiais; A caracterização de cada aterro com a origem e a categoria dos materiais e seu grau de compactação para cada camada (normalmente não superior a 20 cm acabada); Cálculo das distâncias de transporte; Definições locais das seções tipo para cada caso especial, considerando alargamento dos aterros ou cortes, estabilidade dos taludes, fundações de aterro, etc.; Projeto de recuperação ambiental efetuado junto como paisagismo. Nesta fase deve-se ter especial cuidado com o meio ambiente buscando minorar tanto quanto possível as agressões causadas pelos empréstimos e bota-foras e após a obra deverá ser feita a melhor recuperação possível. Sempre que possível, tanto para minorar danos ambientais quanto para baratear uma futura duplicação e auxiliar a conservação da faixa de domínio, deve-se fazer as caixas de empréstimo ao longo dos cortes previstos. 3.2.3.6 Projeto de Drenagem Um dos principais causadores de problemas com as estradas é sem dúvida a água. Costuma-se dizer que uma boa estrada precisa ser impermeável na superfície (para não deixar a água entrar), e tão permeável quanto possível abaixo dela (para deixar a água sair rapidamente). Na fase de anteprojeto deverá ser dada a concepção do projeto de drenagem, com a utilização da normatização estabelecida na DNER/IS-210, da definindo-se os materiais e mão de obra, quantitativos, custos, localização, etc.. Serão considerados, como condicionantes, os estudos hidrológicos, geométricos, topográficos, terraplenagem e pavimentação, geotécnicos, e outros que se façam necessários. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 12 Serão feitos estudos de todas as alternativas possíveis, sempre buscando-se levar em conta além do aspecto custos, os aspectos tempo, qualidade, manutenção, meio ambiente, estético, segurança, etc.. As soluções envolverão: Drenagem de transposição de talvegues, com o objetivo de retirar as águas para não comprometer a rodovia, utilizando-se bueiros, pontes, pontilhões ou galerias; Drenagem superficial, visando interceptar, captar e conduzir as águas superficiais coma utilização de valetas de proteção de corte, Valetas de proteção de aterro, sarjetas de corte, sarjetas de aterro, valetas de canteiro central, saídas e descidas d’água, dissipadores de energia, caixas coletoras, bueiros de greide, corta-rios, escalonamento de taludes e drenagem de alívio dos muros de arrimo; Drenagem sub-superficial, também conhecida como drenagem do pavimento que deve proteger o pavimento das águas de infiltração ou de lençóis d’água subterrâneos. São utilizados para isto os drenos rasos longitudinais, drenos laterais de base, as camadas drenantes e os drenos transversais; Drenagem subterrânea ou profunda utilizada para rebaixar o lençol d’água subterrâneo que poderiam diminuir a capacidade de suporte das camadas inferiores das estradas. São utilizados os drenos profundos, os drenos em forma de espinha de peixe, colchões drenantes, drenos sub-horizontais, valetões laterais e drenos verticais; Drenagem de travessia urbana que devem proteger o trânsito de veículos e pedestres das águas em áreas urbanas promovendo seu escoamento rápido e seguro. São utilizados, para isto, dispositivos como: sarjetas, boca de lobo e poços de visita. Na fase final, ou fase de projeto serão detalhadas e quantificadas as soluções definidas anteriormente, apresentando-se os dimensionamentos, desenhos de execução, especificações e os planos de execução da obra. 3.2.3.7 Projeto de Pavimentação por pavimentos flexíveis Os chamados pavimentos flexíveis, que serão melhor estudados em capítulo próprio, caracterizam-se por possuírem uma estrutura elástica, portanto flexionam à passagem do tráfego voltando a posição inicial após a eliminação de sua causa. Ao chegar no final de sua vida útil de projeto, por estafa do material, haverá sua ruptura. A normatização utilizada pode ser a apresentada em DNER/IS-211. Na fase de anteprojeto serão definidas as soluções estruturais a serem adotadas e um pré-dimensionamento das cargas, vida útil estimada, os quantitativos, etc.. O projeto de pavimentação deverá conter o seguinte: Estudos estatísticos das características do subleito e definição de seu suporte para cada segmento homogêneo; Definição dos materiais a serem utilizados em cada camada do pavimento; Dimensionamento do pavimento; Apresentação gráfica das seções transversais e a variação longitudinal do pavimento. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 13 3.2.3.8 Projeto de pavimentação por pavimentos rígidos Os pavimentos rígidos (DNER/IS-225) são aqueles que se caracterizam por não atuarem de forma elástica, não sofrendo teoricamente, com o problema da fadiga dos materiais. Sua vida útil seria, a princípio, limitada pelo desgaste de sua camada de rolagem ou outro problema externo qualquer. Na sua confecção é utilizado geralmente, concreto de cimento portland, simples, armado ou protendido, dependendo dos esforços projetados para suportar. Uma rodovia assim construída possui um custo inicial de implantação alto, mas um custo total, avaliado no final da vida útil da obra baixo, devido a sua grande resistência ao tráfego e sua durabilidade. São geralmente utilizados em locais de trânsito pesado, ou sujeitos a substâncias agressivas tão comuns nas estradas, como os combustíveis e os óleos lubrificantes. Na fase de anteprojeto será definida a concepção do projeto, com as soluções técnicas adotadas, seu dimensionamento preliminar, seus quantitativos e custos estimados. Na fase de projeto será necessário apresentar o estudo do sub-leito, a definição final dos materiais a serem utilizados, dimensionamento do pavimento, e os desenhos das seções transversais e longitudinais. 3.2.3.9 Projetos de interseções, retornos e acessos Estes elementos dos projetos, normatizados em DNER/IS-213, devido a suas características próprias e por serem pontos de elevado perigo aos usuários merecem estudos em separado e específicos. Na fase de anteprojeto são apresentados estudos planialtimétricos de todos os elementos bem como as seções transversais típicas dos pontos notáveis das interseções. Na fase de projeto deverão ser analisados pormenorizadamente os seguintes: Estudo de tráfego com o fluxograma do tráfego atual e para o 10º ano e um fluxograma anexo à planta para melhor visualização; Concepção do projeto com o projeto planialtimétrico, detalhamentos de todos os elementos, e as seções transversais típicas; Projeto de execução com o projeto de terraplenagem, obras de arte especiais, drenagem, pavimentação, sinalização e paisagismo, locação, e quantificação de todos os elementos. 3.2.3.10 Projeto de Obras de Arte especiais – OAE As chamadas obras de arte especiais DNER/IS-214, ou abreviadamente, OAE, correspondem às pontes, viadutos, passarelas, e devido a semelhança da maneira de se elaborar o projeto, incluiremos as galerias de águas pluviais. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 14 As OAE são elaboradas em três fases distintas: a fase preliminar, o anteprojetoe o projeto final de engenharia. Na fase preliminar serão feitas as coletas dos dados necessários à elaboração do projeto e serão divididas em dois tipos principais: Informações referentes ao projeto da rodovia necessárias à elaboração dos projetos, tais como: • Classe da rodovia; • Características técnicas do projeto; • Normas técnicas e especificações brasileiras. Informações de caráter local que indicam a finalidade da obra, as características da região, os materiais e a mão de obra disponível, etc., e que são: • Elementos topográficos; • Elementos hidrológicos; • Elementos geotécnicos; • Elementos complementares, etc.. Na fase de anteprojeto, em função dos estudos anteriormente elaborados, serão levados a cabo: A concepção do projeto; Estudos das alternativas dos locais de travessia; Estudos das soluções estruturais possíveis de serem aplicadas; Pré-dimensionamento das alternativas selecionadas; Escolha da melhor solução; Memória do calculo estrutural; Elaboração dos desenhos contendo: • Elementos topográficos; • Elementos geotécnicos; • Elementos hidrológicos; • Elementos geométricos; • Drenagem superficial, e; • Desenhos da estrutura. Na fase final, o projeto conterá o aprimoramento e a definição completa de todos os pormenores necessários à implantação da obra e conterá: Cálculos estruturais; Desenhos de formas, armação e execução; Os quantitativos e as especificações; Orçamento; Plano de execução da obra. 3.2.3.11 Projeto de Sinalização A sinalização (DNER/IS-215) é um elemento extremamente importante no que se refere a segurança tanto do usuário quanto da via, sendo elaborado em apenas uma fase e deve contemplar: Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 15 Projeto de sinalização horizontal das vias, acessos e intercessões composto por linhas, sinais e inscrições estampadas sobre o pavimento; Projeto de sinalização vertical das vias, acessos e interseções que constará de placas com mensagens de advertência, regulamentação, indicação ou localidades, orientação ou serviços e educativas; Projeto de sinalização dinâmica por semáforos, e painéis de mensagens variáveis (PMV). 3.2.3.12 Projeto de paisagismo Embora não seja a função principal, o paisagismo (DNER/IS-216) tem sido historicamente um custo sempre preferencial a ser cortado quando do projeto e implantação de uma rodovia. Persiste ainda a idéia que paisagismo é apenas embelezamento. Sua função é também melhorar o visual de uma estrada, mas seus benefícios alcançam também a segurança, a economia com os custos de conservação e o respeito ao meio ambiente. Uma estrada paisagisticamente bem projetada terá sua faixa de domínio com vegetação tal que diminua os esforços e, portanto o custo, das roçadas e podas. Como as árvores estarão a uma distância segura haverá menos perigo de galhos caírem e interromperem o transito ou que veículos desgovernados venham a chocar- se com elas, por não terem uma área de escape. A isto tudo se junta a beleza visual, a menor monotonia da via e, por conseguinte menos cansaço do usuário. Na fase de anteprojeto, devem-se levantar as potencialidades e dificuldades referentes ao paisagismo, considerando: Os recursos paisagísticos naturais de acordo com as recomendações contidas nos relatórios ambientais; Cadastro dos recursos vegetais e da pedologia ao longo da faixa ocupada pela estrada; Indicação da disponibilidade das espécies vegetais, características e distâncias de transporte; Pesquisa e caracterização dos recursos paisagísticos das alternativas selecionadas, contendo a listagem das nascentes, cursos d’água, mirantes, postos de polícia, pedagiamento, postos de serviço, etc.; Localização das jazidas dos materiais e das caixas de empréstimo; Listagem das necessidades de apoio ao usuário Anteprojetos especiais de urbanização; Esboços dos projetos arquitetônicos de praças, e outras instalações e obras civis; Tratamentos especiais; Estimativas de quantidades e custos. Na fase de projeto as soluções anteriormente encontradas são melhor detalhadas e devem contemplar o levantamento topográfico e o projeto final de paisagismo. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 16 3.2.3.13 Projeto de dispositivos de segurança e proteção Todas as estradas deveriam ser projetadas pensando primeiramente na segurança de seus usuários (DNER/IS-217). O que infelizmente não acontece já que os fatores econômicos são mais fortes, ou interessantes. Como dispositivos temos basicamente as defensas e as barreiras, que podemos definir como: Defensas são dispositivos contínuos, rígidos e maleáveis capazes de auxiliar a veículos desgovernados retornarem à pista com segurança a seus ocupantes, aos demais veículos e às propriedades próximas, com o mínimo de danos materiais a si próprias e ao veículo. As barreiras são dispositivos contínuos, rígidos e indeformáveis, construídos em concreto com uma forma tal que dê certa proteção aos veículos, reconduzindo-os à pista com segurança e proteção ao veículo, seus ocupantes, outros veículos e propriedades próximas. As defensas diferem, portanto, das barreiras por serem capazes de amortecer melhor os choques já que se deformam, enquanto as barreiras sendo indeformáveis são mais interessantes em locais, como as plataformas das pontes , ou como separadores de tráfego onde haja pouco espaço disponível. As defensas podem ser simples, quando dotadas de uma única superfície de deslizamento ou duplas. Estas superfícies de deslizamento são compostas por guias, rampas e mureta. Podem ser moldadas in loco ou pré-moldadas. Sua utilização justifica-se em aterros ou talude muito íngremes ou em locais mais propensos a acontecerem acidentes, como as cabeceiras de pontos. A determinação da necessidade destes dispositivos faz-se pelo chamado índice de necessidade de defensas. 3.2.3.14 Projeto de cercas As cercas (DNER/IS-218) são dispositivos de segurança muito importantes em locais onde haja perigo de animais virem a alcançar a pista tornando-se, portanto obstáculos bastante perigosos aos usuários das estradas. Sua aplicação deverá ser executada como o referido no Manual de Implantação Básica do DNIT, ou álbuns de projetos tipo disponível em alguns órgãos rodoviários. 3.2.3.15 Projeto de Desapropriação Existe um preceito jurídico que diz que o interesse público sobrepõe-se ao interesse privado. Baseado nisto podem os governos (municipal, estadual, ou federal), agindo de acordo com certas regras, considerar propriedades particulares como de interesse público para então desapropriá-las. Assim como o decreto de utilidade pública, o processo de desapropriação é efetuado conforme estipulam as leis e na sua parte técnica é serviço para a engenharia, através dos projetos de desapropriação. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 17 Estes projetos de desapropriação DNER/IS-219) são responsáveis pela definição e especificação dos serviços de avaliação dos imóveis, fornecendo elementos aos processos administrativos de indenização das áreas desapropriadas. O projeto de desapropriação, em sua fase de anteprojeto, é feita com a avaliação das desapropriações conforme prevê as alternativas apresentadas no anteprojeto. Na fase seguinte,de projeto, estas alternativas são avaliadas mais profundamente com levantamento planialtimétricos, benfeitorias, usos do solo, trechos não utilizáveis e principais acidentes. Os principais serviços a serem executados são: Levantamento cadastral; Pesquisa sobre os proprietários de imóveis e indicação da situação legal da propriedade; Pesquisa sobre o valor das propriedades com tratamento dos elementos coletados. 3.2.3.16 Orçamento das obras Para o processo licitatório é imprescindível a execução de um orçamento das obras rodoviárias (DNER/IS-220) tão fiel à realidade quanto possível, visto que os custos dos serviços só poderão ser aditados em um valor máximo não superior a 25% do preço da proposta vencedora. Este orçamento constará das seguintes atividades: Pesquisa de mercado; Cálculo dos custos unitários; Determinação dos custos de transporte; Orçamento. Na fase preliminar e também na de anteprojeto serão levantados os elementos necessários à análise econômica constando os custos dos principais itens de serviços, definidos preferencialmente de acordo com as metodologias constantes nos manuais de composição dos custos rodoviários. A fase de anteprojeto conterá: Uma lista preliminar dos serviços a serem executados; Uma estimativa dos custos unitários; Orçamentos preliminares; Estudos iniciais para a divisão da obra em lotes. Na fase final ou de projeto as atividades serão: A definição definitiva dos serviços a executar, e; Definição dos materiais necessários e suas respectivas distâncias de transporte. Os órgãos rodoviários dispõem ainda de tabelas de custos que podem ser utilizadas, com restrição, neste trabalho de orçamento. Deve-se, contudo, evitá-las visto que este tabelamento refere-se a um caso genérico, baseado em preços coletados em uma área geográfica muito grande e geralmente com valores muito dispersos, e não a uma obra em particular. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 18 3.2.3.17 Plano de execução da obra Toda obra deve, sempre ser planejada de forma a aperfeiçoar os recursos existentes. Para que isso aconteça é necessário um prévio planejamento das frentes de serviço, da colocação das facilidades e equipamentos estáticos, contratação de serviços e mão de obra, compra de materiais, etc.. Alguns itens devem estar contidos no plano de execução das obras (DNER/IS-222) e entre eles destacam-se: Plano de ataque da obra é a apresentação de uma sequencia racional das atividades, elaborado considerando eventuais dificuldades de naturezas técnicas, segurança, climática, interferência do tráfego, safra, etc.; Cronograma físico e financeiro de forma a termos um esboço gráfico das épocas para o início e término de cada serviço com o necessário aporte financeiro; Cronograma de uso dos equipamentos que é a determinação das características dos equipamentos e a quantidade necessária conforme um cronograma de disponibilização e retirada dos mesmos; Layout e dimensionamento das instalações são as definições da disposição dos equipamentos bem como seu dimensionamento de acordo com a melhor localização para o bom andamento dos serviços 3.2.3.18 Componente ambiental de projetos de engenharia Existe hoje em dia uma consciência bastante grande à necessidade do respeito ao meio ambiente, e este respeito é também exigido tanto pelos órgãos rodoviários quanto pelos órgãos financiadores das obras. Toda obra cria o que chamamos de passivo ambiental, que é um dano ou degradação ao meio ambiente. Cabe a um bom projeto de estradas minorar tanto quanto possível este passivo ambiental e na sua impossibilidade, recompensar o meio ambiente através do chamamos de medidas compensatórias. Estas medidas compensatórias correspondem a recuperação do que foi prejudicado em outro lugar e devem ser sempre evitadas. A componente ambiental de qualquer projeto de estradas deve sempre obedecer ao preceito de desenvolvimento sustentável, considerando: A fragilidade do meio frente às obras; A política ambiental dos órgãos responsáveis pelas obras; A legislação específica de proteção ao meio ambiente; As determinações e recomendações oriundas dos órgãos ambientais. Todo o processo começa pelos estudos ambientais que correspondem a um diagnóstico da influência da obra frente ao meio e que devem resultar na proposição de medidas de proteção ao meio ambiente. Baseados nestes estudos parte-se para a execução do projeto ambiental onde são elaborados um detalhamento e o orçamento das medidas de proteção visando tanto a reabilitação das áreas degrada quanto recomendações para que os projetos gerem o mínimo possível de passivo Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 19 ambiental. O DNER sugere a normatização apresentada em DNER/IS-246, mas muitos órgãos rodoviários estaduais possuem sua própria normatização. 3.3 Apresentação final dos projetos de engenharia rodoviária Com o intuito de haver uma padronização das apresentações dos projetos de obras rodoviárias, a apresentação final dos trabalhos será feita, segundo o DNIT, conforme o mostrado no Quadro 3.2: Quadro 3.2: Componentes do relatório final dos projetos de engenharia Volume Discriminação Formato Minuta Impressão definitiva 1 Relatório do projeto e documentos de licitação A4 A4 2 Projeto de Execução A1 A3 3 Memória justificativa A4 A4 3B Estudos geotécnicos A4 A4 3C Memória de calculo de estruturas A4 A4 3D Nota de serviços e cálculos de volumes A4 A4 3E Projeto de desapropriação A4 A4 4 Orçamento e plano de execução da obra A4 A4 Fonte: DNIT Embora as ferramentas de auxílio ao projeto sejam hoje muito eficientes a apresentação final ainda faz-se através dos desenhos em pranchas de papel como se vê na Figura 3.2. Estes desenhos devem apresentar os elementos mínimos necessários à uma boa visualização daquilo que vai ser construído e devem conter pelo menos os seguintes elementos: a) Planta: onde se encontram os elementos planimétricos e devem apresentar: Desenho em escala conveniente ao uso desejado; Apresentação da escala em que foram desenhados os elementos gráficos; Eixo da estrada; Bordos da estrada e da faixa de domínio; Estaqueamento e demais elementos necessários à locação da obra; Representação das curvas de nível, construções, postes, e outras interferências; Elementos hidrológicos como rios, lagos, etc.. Elementos geológicos, geotécnicos, vegetação e outros que se fizerem importantes; Obras de Arte especiais; Na Figura 3.2 pode ser vista a representação em planta na parte superior da prancha e na parte inferior os greides do terreno e de projeto. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 20 b) Perfil Longitudinal é apresentado como vemos na parte inferior da Figura 4.6. Nele encontramos uma deformação na escala vertical, geralmente da ordem de 10 vezes a encontrada na escala horizontal. Isto acontece devido ao fato que as variações das medidas verticais são muito menores que aquelas encontradas na horizontal. Neste perfil longitudinal encontramos: Deformação da escala vertical dez vezes maior que apresentada nas medidas horizontais; Estaqueamento e dados importantes, tais como PCV, PTV, etc.; Perfil do terreno original na posição do eixo da estrada; Perfil do eixo da estrada com suas características geométricas e localização em relação à planta; Cotas de elementos que possam interferir com o projeto; Perfil geológico conforme encontrados nas sondagens exploratórias; Indicação das Obras de Arte Especiais. c) Seções Transversais Estas projeções da estrada e do terreno lindeiro sobre planos verticais perpendiculares ao eixo (ver item 2.3 Seções Transversais). São desenhadas seções transversais tipo para cada situação encontrada na estrada, como seção padrão, seção de terceiras faixas, etc.. Também se utiliza o desenho de uma seção transversal para cada estaca de maneira a se ter anotado os perfis de terraplenagem e como auxilio na cubação do terrapleno da obra. Devem conter: Dimensões e inclinações transversais da pista, acostamentos e outros elementos; Terreno natural; Taludes de corte e aterro; Indicação das Obras de Arte Especiais; Disposição dos elementos de drenagem; Posição dos offsets e faixa de domínio; Outras informações necessárias. Figura 3.2 – Modelo de uma prancha de projeto geométrico de rodovias, contendo informações planimétricas e altimétricas. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 21 d) Representações complementares: normalmente outras formas de representação do projeto são ainda necessárias para apresentação tanto de elementos não contemplados nos desenhos anteriores quanto para atender detalhamentos que se fizerem necessário. Os projetos de interseções, Obras de Arte Especiais e Obras de Arte Corrente, memoriais, projetos de instalações, etc., merecem uma atenção à parte. Atualmente, com o uso da informática e o desenho do projeto já em três dimensões (3D), é possível a apresentação estática ou dinâmica de qualquer ponto ou segmento da estrada, permitindo a visualização prévia daquilo que será apresentado ao usuário quando a estrada estiver pronta. 3.4 Critérios de distâncias O traçado de uma estrada deve ser uma solução de custo mínimo, mas com um traçado bom, e que assim como seu perfil transversal atendam todas as necessidades de segurança e conforto. Como a implantação da estrada deve ser harmonizada com a região onde será implantada, então os fatores locais como sua topografia, hidrologia, condições geológicas, ocupações humanas, são de grande importância para balizar os atos dos projetistas. As estradas não podem estar desvinculadas do ambiente onde estão implantadas! Dentre os fatores mais importantes para a segurança e desempenho operacional de um veículo trafegando ao longo de uma via é a condição de visibilidade proporcionada ao seu motorista. Com uma distância de visibilidade adequada, o motorista tem tempo para captar as informações sobre a via e sobre o tráfego, e com segurança interpreta-las, tomar as decisões a tempo, imobilizar o veículo, mudar a trajetória e velocidade, ou realizar qualquer manobra adequada ao surgir algum obstáculo inesperado à sua frente. Para que haja condições de segurança viária e qualidade da operação do tráfego, é necessário: Distâncias de visibilidade suficiente para que o motorista possa imobilizar seu veículo a tempo de evitar colisão com objeto que eventualmente represente perigo; Distâncias de visibilidade suficiente para permitir que, em vias bidirecionais de duas faixas de tráfego, se realizem ultrapassagens seguras; Distâncias de visibilidade necessárias para dar tempo da tomada de decisões com grau elevado de complexidade em locais específicos da rodovia. As distâncias de visibilidade são diretamente relacionadas às características geométricas da via, devendo atender aos requisitos advindos do comportamento de majoritário dos motoristas assim como do conjunto formado pelo veículo e pista. Os parâmetros básicos a serem considerados na elaboração de um projeto rodoviário são os seguintes: Distância de visibilidade de parada, DVP, Distância de visibilidade de ultrapassagem, DVU. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 22 Distância de visibilidade de decisão, DVTD (utilizado com menos frequência, em situações especiais). A DVP é um parâmetro muito importante para avaliação das condições de visibilidade no caso de Rodovias bidirecionais com duas faixas de tráfego ou rodovias de múltiplas faixas de todas as categorias. Já a DVU é um parâmetro utilizado na avaliação das condições de visibilidade em rodovias bidirecionais de duas faixas de tráfego, principalmente naquelas com categoria mais elevada. As rodovias devem apresentar o máximo possível, de acordo com a classificação funcional da rodovia, trechos com visibilidade adequada para a realização de ultrapassagem, sem o risco de provocar acidentes. Outro aspecto importante a ser considerado no desenvolvimento do projeto de uma rodovia nova ou mesmo na avaliação das condições de visibilidade de uma rodovia existente diz respeito ao O levantamento e análise das distâncias de visibilidade disponíveis ao longo da via é importante tanto para verificação do atendimento à disponibilidade contínua da DVP quanto para verificação das extensões dos trechos com disponibilidade de DVU. As distâncias de visibilidade disponíveis ao longo da rodovia estão diretamente relacionadas com a segurança e o Highway Design and Traffic Safety Engineering Handbook conclui que: A taxa de ocorrência de acidentes decresce com o aumento dos trechos com visibilidade; Distâncias de visibilidade menores que 100m elevam as taxas de ocorrência de acidentes; Distâncias de visibilidade entre 100 e 200 m diminuem em 25% as taxas de acidentes comparando-se àquelas verificadas para distâncias de visibilidade inferiores a 100 m; Distâncias de visibilidade maiores que 200 m significam menores taxas de ocorrência de acidentes. A Figura 3.3, apresentada no Highway Design and Traffic Safety Engineering Handbook, caracteriza a relação entre a taxa de ocorrência de acidentes e a distância de visibilidade disponível ao longo da rodovia. O aumento das distâncias de visibilidade disponíveis leva ao decréscimo da taxa de acidentes e o risco aumenta com o número de obstruções até atingir um máximo, a partir do qual passa a decrescer, ou seja, aparentemente os motoristas tornam-se mais alertas e adaptam sua conduta à situação de visibilidade restrita. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 23 Figura 3.3 - Taxa de Ocorrência de Acidentes em Função da Visibilidade Fonte: Highway Design and Traffic Safety Engineering Handbook(10) 3.4.1 Distâncias de visibilidade O ato de dirigir sendo essencialmente visual, exige que o traçado da estrada permita uma visão tão distante quanto possível de forma a termos tempo de enxergar, processar mentalmente e reagir a um obstáculo que se encontre na pista que pode ser tanto um buraco ou um objeto qualquer quanto outro veículo, parado ou em movimento. A limitação de visibilidade provém das mudanças de direção horizontal e vertical da estrada e é função direta da velocidade. Quanto mais rápido menos tempo tem o motorista para responder ao perigo, e maior capacidade de frenagem deverá apresentar o veículo. O motorista precisa ter tempo para perceber o perigo e reagir, pisando no pedal de freio ou mudando sua trajetória. O Quadro 3.3, a seguirapresenta as variações do campo visual de acordo com a velocidade. Deduz-se que à medida que aumenta a velocidade nossa capacidade de enxergar perifericamente diminui e nossa atenção visual se distancia. Isto pode ser observado nas figuras a seguir. A Figura 3.4 mostra como um motorista “enxerga” quando dirige a 32 Km/h, já a Figura 3.5 mostra o campo de visão mais restrito do motorista quando dirige a 48 Km/h. Outros fatores são grandemente influenciados pela velocidade, tais como: Quando a velocidade aumenta, o ponto de concentração visual se afasta. • 40Km/h - foco 180m a frente • 72Km/h - foco 360m a frente • 104Km/h - foco 600m a frente Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 24 Quadro 3.3 – Variações do campo visual de acordo com a velocidade. Fonte: DER/SP - NT-DE-F00/001 Quando a velocidade aumenta, a visão periférica diminui. • 40 Km/h - ângulo horizontal = 100o • 72 Km/h - ângulo horizontal = 65o • 96 Km/h - ângulo horizontal = 40o Quando velocidade aumenta, diminui a percepção dos detalhes mais próximos. • 64 km/h - visão mais clara fica a 24 metros de distância permitindo percepção de detalhes. • 80 km/h - os detalhes ficam muito diminuídos • 96 km/h – os detalhes se tornam indistintos Assim, considerando uma velocidade de 96 km/h, somente dentro de um ângulo de 40o e a uma distância entre 33 e 420m, a visão é realmente adequada. Esta distância é percorrida em menos de 16 segundos, portanto somente objetos com formas grandes e simples são facilmente percebidos a altas velocidades. 3.4.2 Distâncias de Visibilidade de Parada A distância de visibilidade de parada é o principal parâmetro condicionante da fixação de padrões mínimos de projeto para as curvas de concordância do vertical de uma via e corresponde à distância percorrida desde o momento que seu Figura 3.4 mostra como um motorista “enxerga” quando dirige a 32 Km/h, Figura 3.5 mostra como um motorista “enxerga” quando dirige a 48 Km/h, Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 25 motorista identifica um obstáculo até o ponto que o veículo consegue conter completamente sua marcha. Considerando-se as condições de segurança, ao longo de toda a sua extensão, as vias devem garantir, uma distância mínima de visibilidade, proporcional à sua velocidade de projeto, de forma a garantir que, ao se perceber a existência de um obstáculo ou de uma situação de perigo, a frenagem adequada do veículo. A distância de visibilidade de parada é definida, então, como a distância mínima que permita esta operação. A distância percorrida entre a percepção e à reação humana denomina-se de distância de percepção e reação e o tempo que o veículo gasta neste percurso é conhecido como tempo de percepção e reação. O veículo participa com um sistema de freios e pneus que diminuam ou até parem a rotação das rodas. À estrada cabe possuir uma superfície com um coeficiente de atrito satisfatório. Estes três elementos, agindo conjuntamente é que freiam um veículo. Figura 3.6 – Distancias de parada típicas. Em azul percepção e reação,em vermelho frenagem Devido às velocidades alcançadas, os veículos podem percorrer distâncias razoáveis em poucos segundos, por exemplo, se sua velocidade é de 110 km/h, o veículo percorre 1,83 km por minuto, ou mais de 30 m por segundo. As condições de visibilidade são limitadas pelas mudanças de direção curvas horizontais em corte e na declividade ao longo de seu traçado, nas curvas verticais convexas. Assim é essencial se garantir que, em qualquer ponto da curva horizontal, a linha de visão do motorista que segue pela corda do arco de curva alcance a pista em um determinado ponto a uma distância igual ou superior à distância de visibilidade de parada. Nas curvas verticais convexas, as restrições de visibilidade impõem requisitos mínimos de projeto, de forma que se possa parar o veículo quando necessário, ao longo de toda a extensão do trecho. As curvas verticais côncavas limitam a extensão da via iluminada pelos faróis dos veículos, restringindo distância de visibilidade noturna. Estudos demonstram que embora um motorista atento reaja em menos de 1 s e a média do tempo de percepção e reação seja algo seja também bastante pequena, o Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 26 ideal é adotar-se um tempo de 2,5 segundo, já que é adequado à grande maioria dos motoristas e às mais complexas situações. À distância compreendida entre o momento em que o freio começa a atuar sobre as rodas e a total imobilidade do veículo é conhecida como distância de frenagem. A distância total que compreende ambas as parcelas dá-se o nome de distância de visibilidade de parada. Ver Figura 3.7, a seguir: 3.4.2.1 Distância de Percepção e Reação O tempo de percepção e reação é variável para os diversos motoristas e locais, visto sofrerem influências do clima, iluminação, tipo e cor do obstáculo, reflexo do motorista, etc.. Também vários estudos apontam uma diferença de mais de 100% entre os tempos de reação quando o motorista está atento, esperando um sinal, para quando ele é pego sem a atenção máxima. A AASHTO definiu empiricamente a seguinte fórmula para encontrarmos a distância de percepção e reação: D1 = 0,7 v onde: v = velocidade do veículo em km/h D1 = distância percorrida durante o tempo de percepção e reação, em Metros. A distância percorrida durante o tempo de percepção e reação (D1) pode ainda ser calculada pela expressão: D1 = V × t Onde: V: velocidade de projeto em m/s t: tempo de percepção e reação em s Ou no caso de se considerar a velocidade de projeto em km/h: D1 = 0,278×V ×t Onde: V: velocidade de projeto em km/h O valor do intervalo de tempo de percepção e reação deve ser suficiente para contemplar a maioria dos motoristas, assim o DNIT recomenda o valor de 2,5 segundos que atende a mais de 90% dos motoristas. Outros países adotam o valor de 2,0 segundos para o tempo de percepção e reação em rodovias rurais. Dp D1 D2 D1 = Distância de percepção e reação D2 = Distância de frenagem Dp = Distância de visibilidade de parada Figura 3.7 – Distância de visibilidade de parada de um veículo Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 27 Especialmente sob o ponto de vista da segurança da operação rodoviária, a frenagem é um dos fatores mais importantes na relação entre o desempenho do veículo e a via, motivo pelo qual a determinação da distância de frenagem dos veículos é tão importante. Para tanto se deve considerar: A grande variedade dos tipos de veículos, Eficiência de frenagem, Distribuição de peso nos eixos do veículo, Características de pneus, Aerodinâmica. Habilidade do condutor O dimensionamento da distância de frenagem consiste em considerar parâmetros e condições para os diferentes graus de habilidade dos motoristas, condições climáticas e a maior variedade possível de tipos de veículos, bem como a distribuição de suas cargas. 3.4.2.2 Distância Percorrida Durante o Processo de Frenagem A parcela referente à frenagem propriamente dita, aquela queacontece entre o momento em que é acionado o freio e a imobilização total do veículo, embora desconsidere a variação do fator de atrito longitudinal entre pneu e pavimento em função da velocidade do veículo, pode ser dada por: )(*254 2 2 if v D Onde: v = velocidade do veículo em km/h. D2 = distância de frenagem, em metros. f = Coeficiente de atrito longitudinal pneu/pavimento. i = greide dado em m/m, sendo “+” se ascendente e “–“ se descendente. Atualmente utiliza-se uma expressão de cálculo da distância de frenagem que considera a chamada taxa de desaceleração confortável, que é estabelecida levando em conta a taxa de 3,4 m/s2, permitindo se manter o controle do veículo durante a frenagem em pavimentos molhados. Apenas eventualmente freia-se a taxas de desaceleração iguais ou superiores a 4,5 m/s2 e apenas quando aparecem situações inesperadas, como presença de objeto na pista. A expressão usada para o cálculo da distância percorrida desde o acionamento do sistema de frenagem até a efetiva imobilização do veículo passa a ser: Onde: D2: distância percorrida desde o acionamento do sistema de frenagem até a efetiva imobilização em metros V: velocidade de projeto em km/h a: taxa de desaceleração em m/s2. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 28 As declividades longitudinais da via influenciam a distância percorrida desde o acionamento do sistema de frenagem até a efetiva imobilização, a parcela D2 do cálculo da Distância de Visibilidade de Parada, resultando num aumento para rampas descendentes e redução para as rampas ascendentes. Desejando-se considerar o efeito da declividade longitudinal, a expressão fica assim: Onde: i: declividade longitudinal da via em %. 3.4.2.3 Distância Total Percorrida Durante o Processo de Frenagem A distância de visibilidade de parada Dp, que é a soma das parcelas D1 e D2 é dada por: Dp = D1 + D2 ou )(*254 *7,0 2 if v vDp Onde: Dp = Distância de visibilidade de parada O coeficiente de atrito f não é constante para todas as velocidades, diminuindo à medida que a velocidade do veículo aumenta. Varia de acordo com as características e condições do pavimento e conforme a pressão, tipo e condições dos pneus. Outro fator muito importante com relação ao atrito é a condição de pista seca ou pista molhada, com ou sem a presença de gelo ou neve2. Apesar de ser apenas uma generalização, para fins de projeto pode-se utilizar os valores do coeficiente de atrito longitudinal como o mostrado no Quadro 3.4. Quadro 3.4 – Comparativo dos coeficientes de atrito e das distâncias de visibilidade de parada para pista seca e molhada e greide plano. (1) D1 = 0,7 v (3) )(*254 2 2 if v D (4) = (1) + (3) Fonte: AASHTO 2 Esta observação pode não fazer sentido para um país tropical como o Brasil, mas na região sul, em alguns lugares mais elevados, existe a possibilidade de encontrarmos tanto a neve quanto gelo. Velocidade km/h Tempo de percepção e reação Dist. de percepção e reação (1) Coeficiente de atrito (2) Distância de frenagem (m) (3) Distância de visibilidade de frenagem (m) (4) Pista Pista Pista seca molhada Seca molhada seca molhada 50 2,5 35 0,62 0,36 15,88 27,34 50,88 62,34 60 2,5 42 0,60 0,34 23,62 41,69 65,62 83,69 70 2,5 49 0,59 0,32 32,70 60,29 81,70 109,29 80 2,5 56 0,58 0,31 43,44 81,28 99,44 137,28 90 2,5 63 0,57 0,31 55,95 102,87 118,95 165,87 100 2,5 70 0,56 0,30 70,30 131,23 140,30 201,23 110 2,5 77 0,55 0,29 86,61 164,27 163,61 241,27 120 2,5 84 0,54 0,28 104,99 202,47 188,99 286,47 Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 29 No caso de dois veículos que trafeguem em direções contrárias, um em encontro ao outro, a distância de visibilidade de parada não é suficiente para evitar o choque. Neste caso utiliza-se a distância dupla de visibilidade de parada que nada mais é do que o dobro do valor encontrado para o caso da distância de visibilidade de parada para o caso de um obstáculo estático. Pode-se utilizar a seguinte equação: )(*254 *7,02 2 if v vD Nos cálculos da distância de visibilidade de parada de um veículo utilização a altura dos olhos dos motoristas como estando a 1,10 m do chão enquanto que o obstáculo possui uma altura de 0,15 m. Esta distância de visibilidade é utilizada quando se pretende dar segurança aos usuários das estradas nos casos em que eventualmente se deva levar o veiculo a uma parada total como em cruzamentos, curvas verticais, dentre outros casos. No caso dos veículos pesados como caminhões e ônibus, o que foi visto anteriormente se aplica? Acredita-se que sim, uma vez que apesar dos veículos pesados terem maior dificuldade na frenagem, a altura do motorista em relação ao solo amplia seu horizonte de visão, permitindo frear a uma distância maior do obstáculo. Também se espera que seus motoristas, por serem profissionais, sejam mais experientes que os geralmente amadores motoristas de veículos leves. Por lei este veículos deveriam também circular a uma velocidade menor. 3.4.2.4 Relação entre a velocidade diretriz e a distância de visibilidade de parada Existe uma relação direta entre a velocidade do veículo e sua velocidade de parada. Quanto maior for sua velocidade maior será o espaço que percorrerá até sua parada total. Isto é óbvio. No Quadro 3.5, a seguir, encontramos os valores médios dos tempos e distâncias necessários à percepção pelo motorista de algum obstáculo, o tempo e a distância média de parada e a distância total percorrida para um conjunto de velocidades. Podemos utilizar este quadro como referencia nos projetos, tomando como base a velocidade diretriz e encontrando a distância mínima de parada desejável. Assim sendo é importante que o projetista se atente ao fato que em qualquer ponto da estrada o motorista tenha no mínimo a distância de visibilidade de parada igual ou superior ao estabelecido no Quadro 3.5. Estradas Prof. Júlio P. Monteiro Neto Capítulo 4 Página 30 Quadro 3.5 – Distância média de parada de um veículo conforme sua velocidade. V Pela percepção Pela frenagem Total Tempo ( s ) Dp ( m ) f Df ( m ) Dv ( m ) 25 3,0 21 0,55 4 25 30 2,9 24 0,54 7 31 40 2,8 31 0,52 12 43 50 2,7 37 0,50 20 57 60 2,6 43 0,48 30 73 70 2,5 49 0,46 42 91 80 2,4 53 0,44 57 110 90 2,3 57 0,42 76 133 100 2,2 61 0,40 98 159 110 2,1 64 0,39 122 186 120 2,0 67 0,37 153 220 130 2,0 72 0,35 190 262 140 2,0 78 0,33 234 312 150 2,0 83 0,32 277 360 Fonte: DER/PR Boletim Técnico nº 6. Eng. Mário Antonio Faraco. 3.4.2.5 Exemplos de cálculo de distâncias de visibilidade de parada a) Um veículo segue a uma velocidade de 110 km, em um trecho rodoviário em tangente com uma rampa ascendente de 1,5%. O dia estava bom e a pista limpa e seca. De repente identifica, sobre a estrada um animal. Qual a distância mínima esperada de parada do veículo? Solução: A distância de parada é dada pela soma das distâncias de percepção, reação e de frenagem que pode ser calculada da seguinte forma: Do enunciado
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