Aula 3 – Elementos básicos para o Projeto Infraestrutura de vias terrestres

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Infraestrutura de Vias Terrestres
03 - ELEMENTOS BÁSICOS PARA O PROJETO
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- Introdução;
- Veículos de Projeto;
- Volumes de Tráfego;
- Velocidades;
- Distância de Visibilidade (visibilidade, parada e ultrapassagem).
ELEMENTOS BÁSICOS PARA O PROJETO
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Introdução
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Introdução
O projeto geométrico é a parte do projeto de rodovias que estuda as diversas características
geométricas do traçado em função das leis dos movimentos, do comportamento dos
motoristas, das características de operação dos veículos e do tráfego, de maneira a garantir
uma rodovia segura, confortável e eficiente, com o menor custo possível.
A escolha de boas características geométricas nem sempre acarreta grandes acréscimos no
custo total da construção. Em contrapartida, alterações na rodovia depois de construída,
como alargamento da plataforma ou redução de rampas, implicam a perda de vários outros
serviços, gerando custos altos que devem ser evitados.
Os diversos elementos do projeto geométrico devem ser escolhidos de forma a gerar uma
rodovia que possa atender aos objetivos para os quais ela foi projetada, dando condições
de escoamento de tráfego que justifiquem o investimento.
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Introdução
Um projeto geométrico adequado deve evitar:
 Excesso de curvas e grande sinuosidade;
 Declives a aclives acentuados;
 Curvas com raios próximos ao valor mínimo admissível;
 Grandes intervenções no relevo.
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Veículos de Projeto
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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 projeto influencia na largura da pista de rolamento, dos
acostamentos e dos ramos de interseções.
 A distância entre eixos influi no cálculo da superlagura e na determinação dos raios
mínimos internos e externos das pistas.
 A relação peso bruto total e 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.
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A escolha do veículo de projeto deve considerar a composição do tráfego que utiliza ou
utilizará a rodovia, obtida de contagens de tráfego ou de projeções que considerem o futuro
desenvolvimento da região.
O Manual de Projeto de Interseções, DNIT, 2005, classifica os veículos usuais em cinco
categorias, a serem adotadas em cada caso conforme as características predominantes do
tráfego:
•VP: Veículos de passeio leves, física e operacionalmente assimiláveis ao automóvel, incluindo
utilitários, pick-ups, 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: Veículo comercial articulado, composto 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.
Veículos de Projeto
•RE - Representa os veículos comerciais com reboque. É composto de uma unidade tratora
simples, um semi-reboque e um reboque, frequentemente conhecido como bitrem. Seu
comprimento é o máximo permitido pela legislação.
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A Tabela 2 resume as principais dimensões básicas dos veículos de projeto recomendados
para utilização nos projetos geométricos de rodovias no Brasil.
Tabela 1 – Dimensões básicas dos veículos de projeto, em metros.
Veículos de Projeto
Fonte: Manual de Projeto de Interseções, DNIT, 2005.
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As dimensões básicas dos veículos de projeto estão representadas graficamente nas
Figuras 1, 2, 3, 4 e 5.
Figura 1 – Dimensões do veículo de projeto VP (Passeio) (cm)
Veículos de Projeto
 Veículo de projeto VP (Passeio)
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Figura 2 – Dimensões do veículo de projeto CO (Comerciais rígidos) (cm)
As dimensões básicas dos veículos de projeto estão representadas graficamente nas
Figuras 1, 2, 3, 4 e 5.
Veículos de Projeto
 Veículo de projeto CO (Comerciais rígidos)
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As dimensões básicas dos veículos de projeto estão representadas graficamente nas
Figuras 1, 2, 3, 4 e 5.
Figura 3 – Dimensões do veículo de projeto O (comerciais rígidos maiores) (cm)
Veículos de Projeto
 Veículo de projeto O (comerciais rígidos maiores)
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 Veículo de projeto SR/RE (articulados)
As dimensões básicas dos veículos de projeto estão representadas graficamente nas
Figuras 1, 2, 3, 4 e 5.
Figura 4 – Dimensões do veículo de projeto SR (articulados) (cm)
Veículos de Projeto
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 Veículo de projeto SR/RE (articulados)
As dimensões básicas dos veículos de projeto estão representadas graficamente nas
Figuras 1, 2, 3, 4 e 5.
Figura 5 – Dimensões do veículo de projeto RE (cm)
Veículos de Projeto
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Volumes de Tráfego
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Volumes de Tráfego
Define-se Volume de Tráfego (ou Fluxo de Tráfego) como o número de veículos que passam
por uma seção de uma via, ou de uma determinada faixa, durante uma unidade de tempo. É
expresso normalmente em veículos/dia (vpd) ou veículos/hora (vph).
 Volume Médio Diário
À média dos volumes de veículos que circulam durante 24 horas em um trecho de via é dada
a designação de “Volume Médio Diário” (VMD). Ele é computado para um período de tempo
representativo, o qual, salvo indicação em contrário, é de um ano.
VMD
necessidade de novas vias;
melhorias das existentes;
estimar benefícios esperados de uma obra viária;
determinar as prioridades de investimentos;
calcular taxas de acidentes;
prever as receitas dos postos de pedágio.
O tráfego, cujo atendimento constitui a principal finalidade da rodovia, é um dos elementos
fundamentais a considerar. Recomenda-se adotar, como critério para a classificação técnica
de rodovias, o volume de tráfego que deverá utilizar a rodovia no 10° ano após sua abertura
ao tráfego “Ano Horizonte de Projeto”.
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Volumes de Tráfego
Tabela 2 - Critérios de classificação de rodovias
Fonte: Manual de Implementação Básica de Rodovias-DNIT, 2010.
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 Volume Médio Diário Anual (VMDa): número total de veículos trafegando em um ano
dividido por 365.
 Volume Médio Diário Mensal (VMDm): número total de veículos trafegando em um mês
dividido pelo número de dias do mês. É sempre acompanhado pelo nome do mês a que
se refere.
 Volume Médio Diário Semanal (VMDs): número total de veículos trafegando em uma
semana dividido por 7. É sempre acompanhado pelo nome do mês a que se refere. É
utilizado como uma amostra do VMDm.
 Volume Médio Diário em um Dia de Semana (VMDd): número total de veículos
trafegando em um dia de semana. Deve ser sempre acompanhado pela indicação do dia
de semana e do mês correspondente.
VMDa ou (VMD)
É o de maior importância.
Um dos fatores que baliza a classe de
projeto
VMDm, VMDs, VMDd
São geralmente utilizados como
amostras a serem ajustadas e
expandidas para determinação do VMD.
Volumes de Tráfego
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 Para todos esses casos a unidade é veículos/dia (vpd).
 O volume de tráfego inclui todos os veículos que circulam pela via em um só sentido ou
em ambos, ou ainda, os que circulam por uma só faixa.
 Quando o volume for representado pela soma dos veículos, independentemente de
suas categorias, ele será expresso em “Unidades de Tráfego Misto”, abreviado pela
sigla UTM.
 Por outro lado, se os veículos componentes daquela soma forem convertidos em
números equivalentes de carros de passeio, o volume será então expresso em
“Unidades de Carro de Passeio”, abreviadopor UCP. Essa conversão é feita através de
fatores de equivalência (Tabela 3).
Volumes de Tráfego
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Tabela 3 - Fator de equivalência em carros de passeio
Fonte: Manual de Estudos de Tráfego, DNIT 2006
Volumes de Tráfego
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Volumes de Tráfego
 Projeção do tráfego com base em séries históricas
 Projeção Geométrica ou Exponencial
É a mais provável para períodos curtos ou de média duração.
𝑽𝒏 = 𝑽𝟎 𝟏 + 𝒂
𝒏
Onde:
Vn = volume de tráfego no ano “n”;
Vo = volume de tráfego no ano base;
a = fator de crescimento anual, geralmente expresso em porcentagem;
n = número de anos decorridos após o ano base.
A experiência mostra que o tráfego costuma crescer a taxas de crescimento anuais de variação
relativamente lenta. Ultimamente tem sido comum adotar, à falta de informações de variáveis
socioeconômicas, uma taxa de crescimento anual de 3%, próxima da taxa de crescimento
econômico do país como um todo, o que resulta em uma função exponencial.
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Velocidades
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A velocidade que um veículo apresenta em determinado trecho depende do motorista, do
veículo e da rodovia.
Quanto ao motorista, depende da sua capacidade ou habilidade, de sua vontade, de seu
estado psicológico e etc.
Quanto ao veículo, depende do tipo, do peso, da potência do motor, do estado de
conservação, do combustível e etc.
Quanto à rodovia, depende das características geométricas (rampas, raio das curvas,
visibilidade, superelevação e etc.), do estado da superfície de rolamento, do volume e da
composição do tráfego, das condições climáticas, da velocidade máxima legal, do
policiamento e etc.
Em uma rodovia sempre há veículos trafegando com velocidades diferentes; assim, é
necessário que sejam definidos valores de velocidade para o estudo das características
geométricas. Destacam-se dois conceitos de velocidade: velocidade de projeto (Vp) e
Velocidade média de percurso (Vm).
Velocidades
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 Velocidade de projeto (Vp)
Velocidade de projeto ou velocidade diretriz é a maior velocidade que um veículo-padrão
pode desenvolver, em um trecho de rodovia, em condições normais, com segurança.
A escolha do valor a ser adotado para a velocidade de projeto é fator decisivo na definição
do padrão da rodovia. Todas as características geométricas terão de ser definidas de forma
que a rodovia, em todos os seus pontos, ofereça segurança ao usuário que a percorra na
velocidade de projeto estabelecida.
A velocidade de projeto está sempre associada à função da rodovia. Rodovias com funções
importantes justificam valores altos para a velocidade de projeto; rodovias de importância
secundária devem ter velocidades de projeto mais baixas por motivos de economia.
A Tabela 4 resume os valores das velocidades diretrizes a serem adotadas em função da
classe de projeto e do relevo.
Velocidades
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 Velocidade de projeto (Vp)
Tabela 4 – Valores da velocidade de projeto recomendados pelo DNIT
Velocidades
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 Velocidade média de percurso (Vm)
Velocidade média de percurso ou velocidade de operação é a média das velocidades de todo o
tráfego ou parte dele, obtida dividindo-se a somatória das distâncias percorridas pela
somatória dos tempos de percurso.
Melhores características geométricas e maior segurança encorajam os motoristas a adotar
maiores velocidades, tornando a velocidade média de percurso uma função da velocidade de
projeto.
Além disso, a quantidade de veículos circulando pela rodovia também tem influência sobre a
velocidade escolhida pelos motoristas. Grandes volumes de tráfego limitam a liberdade do
motorista em escolher sua velocidade de percurso.
Velocidades
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 Velocidade média de percurso (Vm)
Observações estatísticas feitas pela American Association of State Highway and
Transportation Officials (AASHTO) mostram, por intermédio da Figura 6, a correspondência
entre a velocidade média de percurso Vm e a velocidade de projeto Vp.
Figura 6 – Relação entre velocidade de projeto e velocidade média de percurso
Velocidades
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Distância de Visibilidade
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Distância de visibilidade é a extensão da rodovia que pode ser vista à frente pelo motorista.
A segurança de uma rodovia está diretamente relacionada com a visibilidade que ela
oferece. O projetista sempre deverá procurar soluções que gerem espaços com boa
visibilidade.
Cuidados especiais devem ser tomados nos acessos à rodovia, de forma que todos os
veículos que vão entrar nas correntes de tráfego possam ser vistos a uma distância
suficientemente segura.
Quanto melhor forem as condições gerais de visibilidade, mais segura será a rodovia.
Alguns valores mínimos devem ser respeitados, entre os quais destacam-se: distância de
visibilidade de parada (Dp) e distância de visibilidade de ultrapassagem (Du).
Distância de Visibilidade
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A distância de visibilidade de parada ou de frenagem é a soma de duas parcelas,
conforme mostra a Figura 7.
Figura 7 – Distância de visibilidade de parada
Distância de Visibilidade
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 Distância de visibilidade de parada (Dp)
É a distância de visibilidade mínima necessária para que um veículo que percorre a rodovia,
na velocidade de projeto, possa parar, com segurança, antes de atingir um obstáculo que
possa surgir em sua trajetória.
A distância de parada tem de ser respeitada em todas as rodovias, ao longo de todo o seu
percurso.
 Tempo de reação (tr)
É o intervalo de tempo entre o instante em que o motorista avista um obstáculo em sua faixa
de tráfego e o início da frenagem. Inclui o tempo de percepção.
Distância de Visibilidade
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 Tempo de reação (tr)
A distância de parada é calculada como a soma de duas parcelas. A primeira parcela (d1) é a
distância percorrida pelo veículo durante o tempo de reação; a segunda parcela (d2) é a
distância percorrida pelo veículo durante a frenagem propriamente dita.
Para o cálculo da distância (d1) é necessário estimar um valor para o tempo de reação do
motorista.
Em condições normais, o tempo para reagir e iniciar a frenagem é maior. Esse tempo
depende da distância do obstáculo, da acuidade visual do motorista, das condições
atmosféricas de visibilidade, do tipo, da cor e da forma do obstáculo e, principalmente, da
atenção de quem dirige o veículo.
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
Distância de Visibilidade
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 Tempo de reação (tr)
Muito estudo de laboratório e testes de rodovias foram realizados com o objetivo de
encontrar um valor adequado para o tempo de reação. A AASHTO considera o tempo de 2,5
segundos adequado para uso no projeto e recomenda esse valor para o cálculo da distância
d1 (esse valor já inclui um coeficiente de segurança).
Assim, tem-se: (1)
Em que:
• d1 = distância percorrida durante o tempo de percepção e reação (tr), em metros;
• v = velocidade de projeto, em km/h.
.v,d
,
v(km/h)
., .v(m/s) ,d 70
163
5252
1

Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
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 Tempo de reação (tr)
A segunda parcela correspondente à distância percorrida desde o início da atuação do
sistema de frenagem até a imobilização do veículo. Esta distância é chamada de Distância
de Frenagem (d2).
Para o cálculo de d2, basta aplicar alguns conceitos da física, em que a energia cinética do
veículo no início do processo de frenagem deve ser anulada pelo trabalho da força de atrito
(pneu x pavimento) ao longo da distância de frenagem.
Assim, tem-se: (2)
Então: (3)
22
2
P.f.dm.v
Fa
τcΔE 
.g.f
vd
2
2
2

Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
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 Tempo de reação (tr)
Em que:
• m = massa do veículo;
• v = velocidade do veículo no início da frenagem, que na condiçãomais desfavorável é
igual à velocidade de projeto Vp;
• g = aceleração da gravidade;
• f = coeficiente de atrito longitudinal pneu x pavimento.
.g.f
vd
2
2
2

Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
36
 Tempo de reação (tr)
Em unidades usuais, e sendo g = 9,8 m/s2, a Equação 3 apresenta-se da seguinte forma:
f
v
f
v
d
.255
2
.8,9.2
2)6,3/(
2

(4)
Quando o trecho da rodovia considerada está em rampa, a distância de frenagem em
subida será menor que a determinada na Equação 4, e maior no caso de descida. Para
levar em conta o efeito das rampas é utilizada a Equação 5.
 if
vd


.255
2
2
(5)
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
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 Tempo de reação (tr)
Assim, tem-se para a distância de visibilidade de parada: 21
ddDp 
(6)
).(255
2
.7,0
if
vvDp


(7)
Em que:
Dp = distância de visibilidade de parada, em metros;
i = greide, em m/m (+, se ascendente; -, se descendente);
v = velocidade de projeto ou de operação, em km/h;
f = coeficiente de atrito longitudinal pneu x pavimento.
)(
)(
moCompriment
mDesnível
i
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
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 Tempo de reação (tr)
O coeficiente f exprime a atuação do processo de frenagem, seja a eficiência do sistema de
frenagem, seja o esforço reativo longitudinal decorrente do atrito pneu x pavimento no caso de
frenagem, considerando o pavimento molhado, em condições superficiais razoáveis (Figura 8).
Figura 8 – Relação entre o coeficiente de atrito longitudinal e a velocidade
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
39
 Tempo de reação (tr)
Medidas experimentais mostram que o valor de f não é o mesmo para qualquer velocidade.
Além disso, esse coeficiente também varia com o tipo, pressão e condições dos pneus do
veículo, tipo e estado da superfície do pavimento, e especialmente se o pavimento está seco ou
molhado.
Os valores de f adotados para projeto, correspondentes à velocidade diretriz estão na Tabela 5.
Tabela 5 – Coeficiente de atrito longitudinal pneu x pavimento (Vdiretriz) (DNER)
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
40
 Tempo de reação (tr)
Alguns projetistas levam em consideração que em condições chuvosas, a velocidade efetiva
do veículo é reduzida para um valor médio inferior à velocidade diretriz, de acordo com a
Tabela 6.
Tabela 6 – Coeficiente de atrito longitudinal pneu x pavimento (Vmédia) DNER
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
41
 Tempo de reação (tr)
Em todos os cálculos envolvendo a distância de visibilidade de parada, recomenda-se adotar
1,10 metros como a altura dos olhos do motorista em relação ao plano da pista e 0,15 metros
como a menor altura de um obstáculo que o obrigue a parar.
A distância de visibilidade de parada é utilizada nas interseções, nos semáforos e nas curvas
verticais, entre outras aplicações.
Denomina-se Distância Dupla de Visibilidade de Parada a distância mínima que dois veículos
podem parar quando vêm de encontro um ao outro na mesma faixa de tráfego. Ela é utilizada
no projeto de curvas verticais convexas de concordância, podendo ser calculada pela
Equação 8.












).(255
2
.7,0.2
if
vvDp
(8)
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
42
 Distância Dupla de Visibilidade de Parada
Distância de Visibilidade
 Distância de visibilidade de parada (Dp)
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Nas rodovias de pista única, com dois sentidos de tráfego, é necessário que existam trechos
com visibilidade suficiente para que os veículos mais rápidos possam ultrapassar os mais
lentos.
Para uso no projeto, define-se como distância de visibilidade de ultrapassagem (Du) o
comprimento de rodovia necessário para que um veículo possa ultrapassar outro, pela faixa
de tráfego oposta, com segurança.
É recomendado que devam existir trechos com visibilidade de ultrapassagem a cada 1,5 a
3,0 quilômetros e tão extenso quanto possível. É sempre desejável que sejam
proporcionadas distâncias superiores, aumentando as oportunidades de ultrapassagem e o
número de veículos que a realizam de cada vez. A Figura 9 apresenta o esquema de
ultrapassagem.
 Distância de visibilidade de ultrapassagem (Du)
Distância de Visibilidade
44Figura 9 – Esquema de manobra de ultrapassagem
 Distância de visibilidade de ultrapassagem (Du)
Distância de Visibilidade
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Durante os anos de 1938 e 1941 foram feitas numerosas observações de campo a respeito
da manobra de ultrapassagem mostrada na Figura 8.
 Distância de visibilidade de ultrapassagem (Du)
Distância de Visibilidade
Os valores da distância de visibilidade de ultrapassagem recomendados pelo DNIT estão
resumidos na Tabela 7 e se referem a pistas com greide em nível.
Tabela 7 – Distâncias de visibilidade de ultrapassagem (Du)
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Bibliografia
ANTAS, P.M. Estradas: Projeto Geométrico e de Terraplanagem. Editora Interciência, Rio de
Janeiro, 2010.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES – DNIT. Manual
de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais. 1ª ed. Rio de Janeiro: Instituto de Pesquisas
Rodoviárias. 195p. 1999.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES – DNIT. Manual
de Projeto Geométrico de Travessias Urbanas. Rio de Janeiro, 2010. 392p. (IPR. Publ., 740).
FILHO, G.P. Estradas de Rodagem - Projeto Geométrico. São Carlos: GP Engenharia, 1998.
Lee, Shu Han. Apostila de Projeto Geométrico de Estradas. UFSC, Engenharia Civil, 2000.
Disponível em: <http://pet.ecv.ufsc.br/arquivos/apoio-didatico/ECV5115%20-
%20Apostila%20de%20Estradas.pdf>.
Pereira, D.M.; Ratton E.; Blasi, G.F.; Pereira M.A.; Filho, K.W. Apostila de Projeto
Geométrico de Rodovias. UFPR, Departamento de Transportes, 2013. Disponível em:
<http://www.dtt.ufpr.br/InfraEstrutura/Arquivos/APOSTILA_ProjetoGeometrico_2013.pdf>.
SENÇO, W. Manual de Técnicas de Pavimentação. Vol 1. Editora PINI, 2007.
SENÇO, W. Manual de Técnicas de Pavimentação. Vol 2. Editora PINI, 2007.
SILVA, T O.; Notas de Aula. UFSJ: Curso de Engenharia Civil 2012.