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UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA TRANSPORTES Prof. CARLOS SERMAN BIBLIOGRAFIA 1. BENJAMIN B. FRAENKEL – ―Engenharia Rodoviária‖ – Editora Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1980, 852 p. 2. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM – ―Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis‖ – 3 ed., Rio de Janeiro, 1981. 3. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM – ―Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais‖ – Rio de Janeiro, 1999. 4. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – ―Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem‖ – 2 ed., Rio de Janeiro, 2005. 5. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – ―Manual de Drenagem de Rodovias‖ – 2 ed., Rio de Janeiro, 2006. 6. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – ―Manual da Pavimentação‖ – 3 ed., Rio de Janeiro, 2006. 7. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – ―Diretrizes Básicas para Elaboração de Estudos e Projetos Rodoviários / Instruções para Acompanhamento e Análise‖ – Rio de Janeiro, 2010. 8. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES – ―Manual de Implantação Básica de Rodovias‖ – 3 ed., Rio de Janeiro, 2010. 9. PAULO MENDES ANTAS at all – ―Estradas – Projeto Geométrico e de Terraplenagem‖ – Editora Interciência, Rio de Janeiro, 2010, 282 p. 10. SALOMÃO PINTO & ERNESTO PREUSSLER – ―Pavimentação Rodoviária: Conceitos Fundamentais Sobre Pavimentos Flexíveis‖ – Rio de Janeiro, 2002, 269 p. 11. WLASTERMILER DE SENÇO – ―Manual de Técnicas de Pavimentação‖ – Volume I, Editora Pini, São Paulo, 1997, 746 p. CAPÍTULO I – EVOLUÇÃO HISTÓRICA E PLANO NACIONAL DE VIAÇÃO 1. RESUMO HISTÓRICO SOBRE TRANSPORTES 1.1. Transportes Terrestres O primeiro meio de transporte utilizado pelo homem para movimentar suas cargas foi, sem dúvida, seu próprio corpo, recorrendo ao seu esforço físico para carregar os bens que necessitava, seja diretamente pendente nos seus braços, à cabeça ou às costas. Posteriormente, verificando a maior capacidade física dos animais, passou a utilizá-los, domesticando-os. Em seguida, o homem deve ter verificado que por arrasto conseguiria, com o mesmo esforço físico, transportar uma carga maior. A descoberta da roda e sua aplicação aos veículos vieram reduzir ainda mais o esforço de tração, aumentando ao mesmo tempo a velocidade de transporte. Os primeiros veículos com roda que se tem conhecimento foram usados na Mesopotâmia, cerca de 4.000 a.C., e seus vestígios foram encontrados nas escavações das antigas cidades pré-históricas da região. Durante muito tempo prevaleceu o veículo com tração animal, com aperfeiçoamentos dependentes dos progressos tecnológicos. Para melhorar o rolamento dos veículos e garantir o seu deslocamento em qualquer situação, houve necessidade de preparo da superfície do solo, o que fez surgirem os primeiros caminhos e as primeiras vias especializadas. Os romanos construíram uma grande rede de estradas pavimentadas para atender objetivos bélicos e aperfeiçoaram os veículos, tornando-os mais robustos para resistir às longas viagens. Com o fim do Império Romano (século III D.C.), cada região procurou isolar-se, e as grandes vias que haviam sido construídas ficaram abandonadas durante toda a Idade Média e até o século XVII, quando foram retomadas as atividades de construção. Criou-se na França uma rede de estradas onde era empregada pedra britada, e a seguir surgiu a preocupação de se retirar a água do leito das vias. Apenas no século XVIII, com os escoceses Thomas Telford e John Mac Adam, é que surgiu uma forma mais científica de construir e conservar os caminhos. Em 1814, Georges Stephenson construiu a primeira locomotiva para transporte de carvão, e o século XIX é marcado pelo grande progresso do transporte ferroviário, sendo a primeira ferrovia inaugurada na Inglaterra em 1825, ligando Stokton a Darlington, com 25 km de percurso. No Brasil, a primeira ferrovia data de 1854 (Estrada de Ferro Barão de Mauá), que ligava o antigo Porto de Mauá (no fundo da Baía de Guanabara) à então Raiz da Serra (hoje Inhomirim), com 16 km de extensão. Em 1885, os primeiros veículos autopropulsados por motores a explosão, aperfeiçoados por Daimler e Benz, faziam sua aparição na Europa, porém com sua utilização possível apenas para as classes mais abastadas. Ferreira Neto (1974) cita que um desses veículos chegou ao Brasil em 1893, importado por um tio do inventor Santos Dumont, para circular pelas ruas de São Paulo. Já no Rio de Janeiro, o primeiro veículo a motor a transitar por suas avenidas surgiu em 1900 e pertencia a José do Patrocínio. No entanto, o fato de maior destaque nesse período foi o lançamento, em 1909, do automóvel modelo ―T‖, criado por Henry Ford nos Estados Unidos, associado à criação de um sistema de produção em massa, em linhas de montagem contínua, reduzindo substancialmente o custo e o tempo de fabricação desses veículos e, conseqüentemente, popularizando sua aquisição. Em 1926, Washington Luís assumiu o cargo de Presidente da República e iniciou uma série de ações que assinalaram o ressurgimento do interesse da administração pública federal por rodovias, sob o lema por ele lançado “Governar É Abrir Estradas”. Assim, ainda em 1926 ele consegue a aprovação pelo Congresso da criação do Fundo Especial para Construção e Conservação de Estradas de Rodagem Federais, promulgada pelo Decreto n.º 5.141, de 5 de janeiro de 1927, o qual estabelecia a cobrança de um adicional de 60 réis por quilo de gasolina, e de 20% sobre o imposto de consumo cobrado em todos os veículos a motor, seus acessórios e peças de reposição, que serviriam para compor o Fundo em questão. Com os recursos desse Fundo, foi imediatamente atacada a construção da primeira rodovia asfaltada no Brasil, ligando o Rio de Janeiro à cidade de Petrópolis, cuja inauguração aconteceu em 1928, e que futuramente seria batizada com o nome de Rodovia Washington Luís. No mesmo ano também foi inaugurada a Estrada Rio – São Paulo, aproveitando ao máximo o que existia do caminho antigo e utilizando cimento na pavimentação da subida da serra, e asfalto nos pontos de maior tráfego, ficando, porém, 80% de sua extensão com revestimento primário. O aumento progressivo da frota nacional de automóveis, distribuída por todo País, implicou na criação, pelo Governo, de um órgão dentro da estrutura do Ministério de Viação e Obras Públicas para cuidar especificamente das rodovias. Assim, através da Lei n.º 467, de 31 de julho de 1937, foi constituído o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem – DNER. A grande velocidade de expansão das rodovias coincide com o declínio do transporte ferroviário. A constante existência de déficits operacionais, crescentes ano a ano, requeria a presença da União para providenciar o saneamento da vida financeira das empresas ferroviárias da época, cuja maioria era de iniciativa privada, de modo a possibilitar o melhoramento das condições das várias estradas. Assim, pouco a pouco a participação do Governo Central na administração das linhas férreas foi se ampliando, acelerando-se esse movimento em dois momentos específicos: em 1949, quando a E.F. Leopoldina foi transferida para a União, além de outras ferrovias de propriedade dos Estados; e, em 1953, com um acentuado decréscimo da participação das concessionárias e arrendatárias. Cabe registrar que a incorporação, pela União, da E.F.Leopoldina foi uma decisão que causou muita polêmica à época, visto que foi resultado de negociação entre Brasil e Inglaterra para quitação de saldos do período da 2. a Guerra Mundial, existentes junto àquele país. Os órgãos responsáveis brasileiros ainda tentaram, sem grandes resultados, obter do Governo inglês materiais para promover o reequipamento de nossas ferrovias, mas, para recuperar o crédito em questão, acabaram por adquirir as empresas ferroviárias inglesas que aqui ainda operavam e cujos respectivos trechos se encontravam em estado precário de conservação. Com o objetivo de dar uma estrutura orgânica de caráter moderno e empresarial ao setor ferroviário, através da Lei n. o 3.115, de 16 de março de 1957 foi promovida a unificação da administração de todas as estradas de ferro de propriedade da União em uma só organização, criando-se a Rede Ferroviária Federal S/A – RFFSA, com caráter de sociedade anônima, mas tendo como seus acionistas o próprio Governo Federal, com 87,2% das ações, os vários governos estaduais, com 10,2%, e municípios atravessados pelas ferrovias, com 2,6%. Inicialmente, havia-se imaginado uma empresa rentável, com possibilidade de participação de capitais privados nacionais, até o limite de 20% do capital total. Porém, essa configuração jamais chegou a ser implantada. Ficaram fora dessa organização as 7 ferrovias sob controle do Governo de São Paulo e as que haviam sido construídas com fins específicos de transporte de minérios para exportação, de propriedade das empresas mineradoras, como a E.F. Vitória a Minas. Foram incorporadas à RFFSA 18 das 22 ferrovias que estavam sob controle do Governo Federal. Doze delas eram diretamente ligadas ao Departamento Nacional de Estradas de Ferro - DNEF, quatro eram autarquias e duas estavam sob regime de administração especial. O objetivo era o de se estabelecer naquela empresa, com delegação da União, o mandato de sanear as perdas financeiras responsáveis por perto de 90% do déficit público brasileiro da época, acumuladas pelas ferrovias sob administração pública. Por outro lado, em 1957 mais dois acontecimentos impulsionaram o transporte rodoviário no Brasil, quais sejam a implantação da indústria automobilística, com produção em grande escala por organizações nacionais, com componentes nacionais e empregando matérias-primas nacionais, na sua maior parte, e a decisão do então Presidente da República Jucelino Kubitscheck em iniciar a construção da Nova Capital no Planalto Central, prevista na Constituição vigente. O período de 1956 a 1960 pode ser considerado como o de consolidação do sistema rodoviário nacional, com as rodovias assumindo papel preponderante no deslocamento dos fluxos de média a longa distância face às suas vantagens em relação aos sistemas ferroviário e de navegação de cabotagem, incapazes de atender às novas correntes de tráfego e às exigências de rapidez e regularidade. A participação ferroviária na matriz de transportes do País foi decrescendo cada vez mais, estando hoje reduzida a pouco mais de 20 % do transporte de cargas, enquanto as rodovias são responsáveis por mais de 60 %. Já no transporte de passageiros, as rodovias respondem por cerca de 95 % do total. No entanto, a partir da primeira crise do petróleo, ocorrida em 1973, a situação econômico-financeira do Brasil ficou bastante difícil, acarretando a redução crescente de recursos para a construção e manutenção de estradas. Além disso, o Brasil passou a ser fortemente influenciado pelo novo cenário internacional, com a globalização da economia e o conseqüente acirramento da competição industrial, agrícola e de prestação de serviços, exigindo do país uma rápida adaptação para a qual não havia se preparado. Tal fato trouxe, como conseqüência, a necessidade de uma redefinição do papel do Estado na economia nacional, deixando de ser o executor de atividades ligadas à produção de bens e serviços, para voltar-se ao papel de fiscal e regulador das mesmas. Essa transformação visou não só tornar o processo produtivo mais eficiente, como também aliviar o erário dos custos inerentes de tais atividades, tendo em vista a escassez de recursos disponíveis. Nesse contexto, foram concedidos à iniciativa privada vários trechos de rodovias federais, estaduais e municipais, bem como praticamente toda a malha ferroviária nacional. Além disso, por intermédio da Lei 10.233, de 05 de julho de 2001, foi criada a Agência Nacional de Transportes Terrestres – ANTT, com o objetivo de regular ou supervisionar, em suas respectivas esferas e atribuições, as atividades de prestação de serviços e de exploração da infra-estrutura de transportes terrestres, exercidas por terceiros, com vistas a: a) garantir a movimentação de pessoas e bens, em cumprimento a padrões de eficiência, segurança, conforto, regularidade, pontualidade e modicidade nos fretes e tarifas; b) harmonizar, preservado o interesse público, os objetivos dos usuários, das empresas concessionárias, permissionárias, autorizadas e arrendatárias, e de entidades delegadas, arbitrando conflitos de interesses e impedindo situações que configurem competição imperfeita ou infração da ordem econômica. Pela mesma Lei foi também criado o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte – DNIT, com o objetivo de implementar, em sua esfera de atuação, a política formulada para a administração da infra-estrutura do Sistema Federal de Viação, compreendendo sua operação, manutenção, restauração ou reposição, adequação de capacidade, e ampliação mediante construção de novas vias e terminais, segundo os princípios e diretrizes estabelecidos no citado dispositivo legal. Esses dois órgãos vieram a substituir o DNER e a RFFSA, já extintos, nas atividades que remanesceram após as concessões efetuadas. 1.2. Transporte Aquaviário Enquanto determinados povos primitivos desenvolveram o transporte por terra, outros se dedicaram ao transporte sobre a água, em razão, possivelmente, da situação geográfica da região que habitavam. Realmente, por exigir menor esforço que o transporte terrestre, o transporte aquaviário apresentou progresso bem mais acentuado. A observação da flutuação de troncos de árvores conduziu à construção de balsas e, posteriormente, a canoas com a escavação do tronco para diminuir o peso morto. Da navegação em rios e águas protegidas, passou-se à navegação em mares, à qual grande impulso foi dado com a utilização da vela (navio a vela e galera). Ao findar a Idade Média, época em que o transporte terrestre estava estacionário, a navegação do Mediterrâneo era intensa e era o transporte predominante na época. A caravela foi a embarcação construída com a finalidade de enfrentar o mar alto, alcançando o Oriente pelo contorno da África, as terras das Américas e as ilhas do Pacífico. A tecnologia do motor a vapor fez com que em 1807 já se fizesse sua aplicação em barcos, imprimindo-se modificações nas embarcações. Ao final do século XIX, os cascos dos navios passaram a ser feitos de aço. O emprego do motor diesel possibilitou novo progresso à navegação que atinge nossos dias, e atualmente o transporte marítimo é a única modalidade que já emprega a energia nuclear com eficiência comprovada. Esse modo de transporte também foi afetado pela globalização da economia, requerendo reestruturação das instituições governamentais responsáveis por ele. Desta forma, vários terminais portuários foram arrendados ou privatizados, tendo sido criada, pela mesma Lei n.º 10.233, a Agência Nacional de Transportes Aquaviários – ANTAQ. 1.3. Outras Modalidades de Transporte Aeroviário – consolidado, com as invençõesdo balão e do avião, somente depois da 1.ª Guerra Mundial; Dutoviário – custo reduzido relativamente a outras modalidades de transporte, tendo aumentado muito sua participação no transporte de cargas; Correias Transportadoras Teleféricos 2. PLANO NACIONAL DE VIAÇÃO – PLANO RODOVIÁRIO NACIONAL O objetivo essencial do Plano Nacional de Viação – PNV é permitir o estabelecimento da infraestrutura de um sistema viário integrado, assim como as bases para planos globais de transporte que atendam, pelo menor custo, às necessidades do País, sob o múltiplo aspecto econômico – social – político – militar. O primeiro planejamento geral de viação no Brasil foi elaborado em 1934, abrangendo os planejamentos rodoviário, ferroviário, fluvial e aeroviário. Esse planejamento foi revisto em 1946, 1964 e 1973. O Sistema Nacional de Viação é constituído pelo conjunto dos Sistemas Nacionais: Rodoviário, Ferroviário, Portuário, Hidroviário e Aeroviário. a) Sistema Rodoviário Nacional As rodovias do Plano Nacional de Viação devem satisfazer a, pelo menos, uma das seguintes características: ligar a Capital Federal a uma ou mais capitais de Estados ou a pontos importantes da orla oceânica ou fronteira terrestre; ligar entre si dois ou mais dos seguintes pontos, inclusive da mesma natureza: capital estadual; ponto importante da orla oceânica; fronteira terrestre; ligar em pontos adequados duas ou mais rodovias federais; permitir o acesso a: instalações federais de importância, tais como parques nacionais, estabelecimentos industriais e organizações militares; estâncias hidrominerais, cidades tombadas pelo Patrimônio Histórico e pontos de atração turística notadamente conhecidos e explorados; principais terminais marítimos e fluviais e aeródromos, constantes no PNV; permitir conexões de caráter internacional. As vias integrantes do Plano Rodoviário Nacional são denominadas: Radiais, Longitudinais, Transversais, Diagonais e Ligações, e são listadas no anexo ao Plano. OBS.: FUNDO RODOVIÁRIO NACIONAL A Segunda Grande Guerra motivou nos governantes do Brasil a idéia de desenvolver um sistema interior de transportes apoiado nas rodovias. Assim, em 20 de março de 1944, foi, pela primeira vez, aprovado um Plano Rodoviário Nacional, que pretendia, fundamentalmente, ligar o País no sentido norte – sul e cortá-lo em outras direções, estendendo sobre o território nacional uma trama de vias de comunicação eficiente. A execução do Plano aprovado em 1944 estava ameaçada por falta de elementos fundamentais, principalmente financeiros, resultado da redução das verbas destinadas às rodovias em função das necessidades de guerra enfrentadas pelo Brasil. Por conta disso, o então Ministro da Viação, Eng.º Maurício Joppert da Silva, baixou a Portaria n.º 1.075, de 19 de dezembro de 1945, designando Comissão para realizar estudos e propor medidas necessárias à reorganização do DNER e elaborar um programa qüinqüenal de construção de rodovias federais, de acordo com o previsto no Plano Rodoviário Nacional. Dessa iniciativa resultou o Decreto-Lei n.º 8.463, de 27 de dezembro de 1945, reorganizando o DNER e criando o Fundo Rodoviário Nacional, constituído por recursos advindos de um imposto cobrado sobre combustíveis líquidos e lubrificantes utilizados no País. A lei em questão estabeleceu, ainda, a forma de distribuição do Fundo entre o Governo Federal (DNER), Estados e Municípios, criando obrigações acerca de seu emprego. Nessa partição, 40% dos recursos arrecadados seriam destinados à construção, conservação e melhoramentos de rodovias relacionadas no Plano Rodoviário Nacional; e 48% aos Estados e 12% aos Municípios, para ajudá-los na implementação de seus sistemas rodoviários. O sistema de financiamento da construção e da manutenção de rodovias, calcado no Fundo Rodoviário Nacional criado em 1945, funcionou bem até medos da década de 70, possibilitando a implantação de uma extensa rede rodoviária, capaz de interligar por vias pavimentadas quase todas as capitais e outros centros urbanos importantes. Com o primeiro choque do petróleo, em 1973, o Brasil tomou, subitamente, consciência da vulnerabilidade do modelo de desenvolvimento do seu setor de Transportes. O Governo Federal tentou dar mais ênfase ao desenvolvimento dos transportes ferroviário e hidroviário. Mais recursos foram destinados à construção e à remodelação da malha ferroviária, aos terminais portuários de minérios e grãos, bem como ao desenvolvimento da marinha mercante brasileira, em razão da necessidade de reduzir a dependência do país das importações de petróleo, aliada ao desenvolvimento da indústria siderúrgica, das exportações de minério de ferro e de granéis agrícolas, em especial a soja. No entanto, em função da drástica queda do crescimento econômico e, conseqüentemente, dos investimentos, o setor de transportes foi cada vez menos aquinhoado na distribuição dos recursos destinados à infraestrutura básica. A necessidade de controlar a inflação levou à introdução de medidas governamentais que distorceram o sistema de financiamento das rodovias, com a conseqüente redução da capacidade de expansão e mesmo de manutenção do patrimônio rodoviário existente. Os recursos do Fundo Rodoviário Nacional deixaram de ser destinados especificamente à construção e conservação de rodovias e passaram a ser canalizados para o chamado ―caixa único‖. Com a proibição da vinculação de tributos a qualquer finalidade exceto para a educação, estabelecida na Constituição de 1988, restou à União, como única fonte de recursos, além das parcas dotações orçamentárias, a cobrança de pedágio em rodovias federais de pista dupla. Tal cobrança, no entanto, tinha um alto custo de operação, e o pedágio tinha seu valor sempre desatualizado. Assim, o Governo Federal perdeu a capacidade de manter as estradas, sob sua jurisdição, em condições mínimas de segurança e eficiência, quanto mais de ampliar sua malha rodoviária. Visando reduzir os custos operacionais do pedágio, bem como o tempo de passagem do motorista pelas cabines de cobrança, foi criado, em janeiro de 1989, o selo- pedágio, que sofreu fortes contestações jurídicas e acabou extinto no início de 1990, sem que os pedágios tivessem sido reativados. Tentou-se substituir o selo por uma taxa de conservação rodoviária, que também acabou sendo derrubada pela Justiça por ser inconstitucional. A Lei n.º 10.336, de 19/12/2001, instituiu a Contribuição de Intervenção sobre o Domínio Econômico – CIDE, incidente sobre a importação e a comercialização de petróleo e seus derivados, gás natural e seus derivados, e álcool etílico combustível. O produto da arrecadação da CIDE seria destinado, na forma da lei orçamentária, ao: I - pagamento de subsídios a preços ou transporte de álcool combustível, de gás natural e seus derivados e de derivados de petróleo; II - financiamento de projetos ambientais relacionados com a indústria do petróleo e do gás; e III - financiamento de programas de infraestrutura de transportes. No entanto, até hoje os recursos arrecadados não têm sido suficientes para manter e ampliar a infraestrutura de transportes. b) Sistema Ferroviário Nacional As ferrovias constituintes do Sistema Ferroviário Nacional são listadas no anexo ao Plano, devendo satisfazer a, pelo menos, uma das seguintes condições: ligar a Capital Federal a Capitais de Estados ou a pontos importantes do litoral ou de fronteira terrestre; ligar entre si pólos econômicos, núcleos importantes, ferrovias e terminais de transporte. A nomenclatura das ferrovias segue a mesma linha de raciocínio das rodovias.A única diferença é que, ao invés de começar com BR, a ferrovia começa com EF. c) Sistema Portuário Nacional É constituído pelo conjunto de portos marítimos, fluviais e lacustres constantes de relação descritiva. d) Sistema Hidroviário Nacional É constituído pelas vias navegáveis (rios, lagos e canais), incluindo suas instalações e acessórios complementares, e pelo conjunto das atividades e meios diretos de operação da navegação hidroviária, que possibilitam o uso adequado das citadas vias para fins de transporte. As vias navegáveis consideradas no Plano Nacional de Viação referem-se às principais, quer quanto à extensão, quer quanto ao tráfego, e são relacionadas. e) Sistema Aeroviário Nacional Compreende: infraestrutura aeronáutica, que abrange a rede de aeródromos existentes no País, assim como as instalações destinadas à segurança, regularidade e proteção à navegação aérea; estrutura operacional, abrangendo o conjunto das atividades e meios de administração, inclusive fiscalização, que atuam diretamente no modo aeroviário de transporte, e que possibilitam o uso adequado da navegação aérea. A rede de aeródromos considerada no Plano Nacional de Viação é a constante de relação descritiva apresentada no anexo do Plano. OBS.: NOMENCLATURA DAS RODOVIAS FEDERAIS A nomenclatura das rodovias é definida pela sigla BR, que significa que a rodovia é federal, seguida por três algarismos. O primeiro algarismo indica a categoria da rodovia, de acordo com as definições estabelecidas no Plano Nacional de Viação. Os dois outros algarismos definem a posição, a partir da orientação geral da rodovia, relativamente à Capital Federal e aos limites do País (Norte, Sul, Leste e Oeste). a. RODOVIAS RADIAIS São as rodovias que partem da Capital Federal em direção aos extremos do país. Nomenclatura: BR-0XX Primeiro Algarismo: 0 (zero) Algarismos Restantes: A numeração dessas rodovias pode variar de 05 a 95, segundo a razão numérica 05 e no sentido horário. Exemplo: BR- 040. b. RODOVIAS LONGITUDINAIS São as rodovias que cortam o país na direção Norte-Sul. Nomenclatura: BR-1XX Primeiro Algarismo:1 (um) Algarismos Restantes: A numeração varia de 00, no extremo leste do País, a 50, na Capital, e de 50 a 99, no extremo oeste. O número de uma rodovia longitudinal é obtido por interpolação entre 00 e 50, se a rodovia estiver a leste de Brasília, e entre 50 e 99, se estiver a oeste, em função da distância da rodovia ao meridiano da Capital Federal. Exemplos: BR-101, BR-153, BR-174. c. RODOVIAS TRANSVERSAIS São as rodovias que cortam o país na direção Leste-Oeste. Nomenclatura: BR-2XX Primeiro Algarismo: 2 (dois) Algarismos Restantes: A numeração varia de 00, no extremo norte do país, a 50, na Capital Federal, e de 50 a 99 no extremo sul. O número de uma rodovia transversal é obtido por interpolação, entre 00 e 50, se a rodovia estiver ao norte da Capital, e entre 50 e 99, se estiver ao sul, em função da distância da rodovia ao paralelo de Brasília. Exemplos: BR-230, BR- 262, BR-290. d. RODOVIAS DIAGONAIS Estas rodovias podem apresentar dois modos de orientação: Noroeste-Sudeste ou Nordeste-Sudoeste. Nomenclatura: BR-3XX Primeiro Algarismo: 3 (três) Algarismos Restantes: A numeração dessas rodovias obedece ao critério especificado abaixo: Diagonais orientadas na direção geral NO-SE: A numeração varia, segundo números pares, de 00, no extremo Nordeste do país, a 50, em Brasília, e de 50 a 98, no extremo Sudoeste. Obtém-se o número da rodovia mediante interpolação entre os limites consignados, em função da distância da rodovia a uma linha com a direção Noroeste-Sudeste, passando pela Capital Federal. Exemplos: BR-304, BR-324, BR- 364. Diagonais orientadas na direção geral NE-SO: A numeração varia, segundo números ímpares, de 01, no extremo Noroeste do país, a 51, em Brasília, e de 51 a 99, no extremo Sudeste. Obtém-se o número aproximado da rodovia mediante interpolação entre os limites consignados, em função da distância da rodovia a uma linha com a direção Nordeste-Sudoeste, passando pela Capital Federal. Exemplos: BR-319, BR- 365, BR-381. e. RODOVIAS DE LIGAÇÃO Estas rodovias apresentam-se em qualquer direção, geralmente ligando rodovias federais, ou pelo menos uma rodovia federal a cidades ou pontos importantes ou ainda a nossas fronteiras internacionais. Nomenclatura: BR-4XX Primeiro Algarismo: 4 (quatro) Algarismos Restantes: A numeração dessas rodovias varia entre 00 e 50, se elas estiverem ao norte do paralelo da Capital Federal, e entre 50 e 99, se estiverem ao sul desta referência. Exemplos: BR-401 (Boa Vista/RR – Fronteira BRA/GUI), BR-407 (Piripiri/PI – BR-116/PI e Anagé/PI), BR-470 (Navegantes/SC – Camaquã/RS), BR-488 (BR-116/SP – Santuário Nacional de Aparecida/SP). OBS.: SUPERPOSIÇÃO DE RODOVIAS Existem alguns casos de superposições de duas ou mais rodovias. Nestes casos usualmente é adotado o número da rodovia que tem maior importância (normalmente a de maior volume de tráfego). Porém, atualmente, já se adota como rodovia representativa do trecho superposto a rodovia de menor número, tendo em vista a operacionalidade dos sistemas computadorizados. OBS.: QUILOMETRAGEM DAS RODOVIAS A quilometragem das rodovias não é cumulativa de uma Unidade da Federação para a outra. Logo, toda vez que uma rodovia inicia dentro de uma nova Unidade da Federação, sua quilometragem começa novamente a ser contada a partir de zero. O sentido da quilometragem segue sempre o sentido descrito na Divisão em Trechos do Plano Nacional de Viação e, basicamente, pode ser resumido da forma abaixo: Rodovias Radiais – o sentido de quilometragem vai do Anel Rodoviário de Brasília em direção aos extremos do país, e tendo o quilometro zero de cada estado no ponto da rodovia mais próximo à capital federal. Rodovias Longitudinais – o sentido de quilometragem vai do norte para o sul. As únicas exceções deste caso são as BR-163 e BR-174, que tem o sentido de quilometragem do sul para o norte. Rodovias Transversais – o sentido de quilometragem vai do leste para o oeste. Rodovias Diagonais – a quilometragem se inicia no ponto mais ao norte da rodovia indo em direção ao ponto mais ao sul. Como exceções, podemos citar as BR-307, BR-364 e BR-392. Rodovias de Ligação – geralmente a contagem da quilometragem segue do ponto mais ao norte da rodovia para o ponto mais ao sul. No caso de ligação entre duas rodovias federais, a quilometragem começa na rodovia de maior importância. CAPÍTULO II – FASES DA IMPLANTAÇÃO DE UMA ESTRADA 1. GENERALIDADES O empreendimento de construção de uma estrada obedece, geralmente, a seguinte seqüência: a) Plano Diretor – objetiva a solução da infraestrutura de transportes de uma maneira geral, enquanto o Plano Nacional de Desenvolvimento – PND tem o objetivo de permitir o estabelecimento da infraestrutura de um sistema viário integrado, assim como as bases para planos globais de transporte que atendam, pelo menor custo, às necessidades do País, sob o múltiplo aspecto econômico – social – político – militar. b) Viabilidade – são estudos econômicos e de engenharia que objetivam definir a diretriz geral do traçado, decidindo sobre o tipo de pavimento, classe da estrada (características geométricas) e análise econômica (Ver EB-101 – ―Escopo Básico para Elaboração de Estudos de Viabilidade Técnica e Econômica de Rodovias‖ – DNER). c) Projeto de Engenharia – destina-sea detalhar e apresentar as soluções analíticas que foram desenvolvidas em forma de relatórios, desenhos, etc., e, sobretudo, notas de serviço para implantação da obra. 1ª Fase: Reconhecimento ou Anteprojeto Consiste em um estudo geral de uma ampla faixa de terreno (largura de 2 a 3 km), ao longo de um itinerário por onde se supõe poder passar o traçado da estrada. É acompanhado de levantamento expedito. Nessa fase são verificados os traçados possíveis dentro das condições técnicas estabelecidas, determinam-se os custos de cada alternativa e verifica-se o retorno do investimento, ou seja, o benefício correspondente. A alternativa a ser selecionada será aquela que proporcionar maior benefício relativamente ao investimento efetuado. 2ª Fase: Exploração ou Projeto Básico Consiste no levantamento detalhado de uma faixa relativamente estreita para, depois de desenhado, ser nele lançado o projeto. É nesse estágio que se desenvolve a concepção do projeto com maior grau de detalhamento, com possibilidade de se ter em mãos o orçamento da obra com suficiente precisão para permitir contratar os serviços de execução. 3ª Fase: Projeto Executivo Trata-se dos pormenores de construção, obtendo-se um custo mais real com a definição do método construtivo de cada parte. 4ª Fase: Locação É o transplante do projeto da planta para o campo. e) Construção 1ª Fase: Instalação do Canteiro de Obras (Mobilização) Acampamento central e apoio logístico; pedreira, central de britagem e estoque de ligante betuminoso; acampamentos móveis para serviços preliminares em pontes, viadutos e túneis. 2ª Fase: Serviços Preliminares e Caminhos de Serviço 3ª Fase: Terraplenagem (construção propriamente dita) Feita em paralelo com os bueiros e drenagem profunda. 4ª Fase: Pavimentação 5ª Fase: Drenagem Superficial e Proteção Vegetal 6ª Fase: Sinalização Vertical e Horizontal 7ª Fase: Órgãos Acessórios Intalações para operação da rodovia e para conservação. 2. RECONHECIMENTO 2.1. Nomenclatura dos Principais Acidentes Geográficos Cumeada – é a linha formada pelos pontos mais altos de uma montanha ou cordilheira; Contraforte – é uma ramificação mais ou menos elevada de uma montanha ou cordilheira; Garganta ou Colo – é uma depressão acentuada da linha de cumeada; Talvegue – é a linha formada pelos pontos mais profundos de um curso d‘água ou de um vale; Divisor de Águas – é a parte mais saliente do terreno, que separa as águas pluviais que correm para duas bacias. 2.2. Pontos Obrigatórios – Diretriz Pontos Obrigados de Condição – são pontos por onde a estrada deverá passar para satisfazer as condições de natureza econômica, político- administrativa, social ou militar; Pontos Obrigados de Passagem – são pontos por onde a estrada deverá passar por razões topográficas; Diretriz – de um traçado é um itinerário compreendendo uma ampla faixa de terreno ao longo da qual se presume poder ser lançado o traçado da estrada; Traçado – é o projeto da estrada, em planta e em perfil. 2.3. Tipos de Reconhecimento Sobre Carta – mapas obtidos no IBGE, Serviço Cartográfico do Exército (escala 1:100.000 ou 1:50.000); Aéreo – Aerofotogrametria, mosaico para Estereoscopia, plantas aéreas (restituição), Internet; Terrestre. 2.4. Tipos de Traçados Clássicos Traçados em Planície – tangentes não superiores a 5 km, extensas regiões pantanosas e cursos d‘água de grande vulto; Traçados em Montanha – rampa máxima, maiores volumes de terraplenagem, maior número de contenções, desenvolvimento artificial. Obs.: Para se determinar a posição aproximada do traçado em região de serra, recorre-se ao lançamento de uma linha de declividade constante (rampa máxima), que, partindo do ponto obrigado elevado, segue até a planície sem necessidade de cortes ou aterros (linha de terraplenagem nula – focos de atração). H imed = x 100 % imáx L imed – rampa média do trecho; H – altura a ser galgada; L – distância entre os pontos extremos; imáx – rampa máxima (Normas) 2.5. Princípios Básicos de Aerofotogrametria: O levantamento topográfico por processo aerofotogramétrico observará a seguinte seqüência: Seleção das faixas de vôo; Vôo do corredor selecionado tirando-se fotos com superposição longitudinal de 55 a 65 % e superposição lateral de 15 a 30 %, de forma a permitir visão esterioscópica de todo o terreno a ser recoberto aerofotograficamente na escala 1:20.000; Exame das fotografias obtidas; Demarcação das faixas de restituição. Escala da foto: E = f / H f – distância focal da câmera fotográfica H – altura de vôo X N.º de fotos: N = + 1 0,4.x X – comprimento do trecho no mosaico; x – comprimento do lado da fotografia (em geral, 24 cm); E = X / L L – extensão de terreno a representar. 3. EXPLORAÇÃO 3.1. Objeto e Generalidades Concluído o reconhecimento e a escolha da diretriz a ser seguida, procede-se aos trabalhos de exploração, que consistem no levantamento rigoroso duma faixa de terreno de 100 a 200 metros de largura, de modo a se obter uma planta na escala 1:2.000. 3.2. Alinhamento Principal O trabalho mais importante de uma exploração é a orientação para o lançamento do ―alinhamento principal‖, também chamado ―linha de exploração‖ e poligonal de exploração, que é a linha poligonal lançada ao longo da faixa de terreno a ser levantada e que deve servir de base a todo o levantamento. O alinhamento deve ser lançado de modo que o futuro projeto se aproxime o mais possível dele. O método clássico consiste no levantamento a teodolito, com medição de distâncias a trena de aço, piqueteando-se o eixo de 20 em 20 metros e em todos os pontos notáveis, tais como pontos de interseção (vértices da poligonal), acidentes topográficos, cruzamentos com estradas, margens de rios e córregos. Em todos os piquetes implantados serão colocadas estacas testemunhas, constituídas de madeira de boa qualidade, com cerca de 60 cm de comprimento, providas de entalhe inscrito a óleo, de cima para baixo, o número correspondente. Serão feitos o nivelamento e o contranivelamento de todos os piquetes, com emprego de níveis de precisão. Serão também levantadas as seções transversais, normalmente a régua ou a nível e trena de aço, nos piquetes da linha de exploração. Obs.: Poderão ser empregadas “Estações Totais” para otimização dos trabalhos, em face da possibilidade de prescindir de cadernetas de campo, armazenar grande quantidade de dados e eliminar erros de anotação, muito freqüentes nos serviços topográficos de campo. Esses equipamentos reúnem, em um só aparelho, a medição de ângulos e distâncias, apresentando vantagens em relação aos equipamentos tradicionais quanto à coleta, armazenamento, processamento, importação e exportação de dados coletados no campo. Possuem sensor ativo, pois recebem os dados a partir de um feixe de radiações na faixa do infravermelho, por eles próprios gerado, que atinge prismas colocados sobre o alvo objeto, retornando por reflexão e excitando os sensores da mesma fonte geradora. Os softwares internos utilizados são capazes de processar cálculos de áreas, coordenadas de pontos, alturas, desníveis, distâncias inclinadas e reduzidas, resultando em segurança e grande economia de tempo de trabalhos realizados no escritório. CAPÍTULO III – PROJETO GEOMÉTRICO HORIZONTAL 4. CLASSES DE PROJETO 1.1. Níveis de ServiçoO conceito de Nível de Serviço refere-se a uma avaliação qualitativa das condições de operação de uma corrente de tráfego, tal como é percebida por motoristas e passageiros. Indica o conjunto de condições operacionais que ocorrem em uma via, faixa ou interseção, considerando-se os fatores velocidade, tempo de percurso, restrições ou interrupções de trânsito, grau de liberdade de manobra, segurança, conforto, economia e outros. O HCM – ―Highway Capacity Manual‖ estabelece como caráter geral seis níveis de serviços, designados pelas letras A a F, para serem aplicadas nas rodovias, sob diversos regimes de velocidade e volume de tráfego. Apresenta-se a seguir uma breve descrição das características operacionais de cada nível de serviço estabelecido para as rodovias rurais de pista simples. Nas definições que se seguem, os fluxos citados são dados em unidades de carros de passeio equivalentes e correspondem à soma dos dois sentidos. Nível de Serviço A Descreve a condição de fluxo livre em rodovias de boas características técnicas. Há pequena ou nenhuma restrição de manobra devido à presença de outros veículos, e os motoristas podem manter as velocidades que desejarem com pequeno ou nenhum retardamento. As velocidades médias variam de 90 a 93 km/h. Os pelotões encontrados são formados por 2 ou 3 veículos e não provocam restrições ao movimento mais que 30% do tempo de viagem. Em condições ideais, o fluxo máximo é de 420 veículos por hora. Nível de Serviço B Corresponde à condição de fluxo estável, em que os motoristas começam a sofrer restrições pela ação dos demais veículos, mas ainda têm razoável liberdade de escolha de velocidade e faixa de circulação. As velocidades médias variam de 87 a 89 km/h. Há maior pressão dos veículos mais lentos, que provocam restrições que podem atingir 45% do tempo de viagem. Para condições ideais, o fluxo máximo atinge 750 veículos por hora. Nível de Serviço C Situa-se ainda na faixa de fluxo estável, mas as velocidades e as possibilidades de manobra são mais estreitamente condicionadas pelos volumes mais elevados. A participação em pelotões de veículos pode chegar até 60% do tempo de viagem, o que faz exigir mais permanente atenção nas manobras de ultrapassagem. As velocidades médias situam-se entre 79 e 84 km/h. Para condições ideais o fluxo máximo atinge 1.200 veículos por hora. Nível de Serviço D Condições de fluxo instáveis, em que os motoristas têm pequena liberdade de manobra e dificuldade em manter as velocidades desejadas. A participação em pelotões cresce até 75% do tempo de viagem, reduzindo as oportunidades de ultrapassagem e fazendo com que as correntes opostas comecem a operar independentemente. As velocidades médias adquirem maior amplitude de variação, situando-se entre 72 e 80 km/h. Para condições ideais o fluxo máximo pode chegar a 1.800 veículos por hora. Nível de Serviço E É o nível representativo da capacidade da rodovia. Aumentam muito as condições de instabilidade do fluxo, com as velocidades médias variando no intervalo de 56 a 72 km/h. A participação em pelotões ultrapassa 75% do tempo de viagem. Com o aumento do fluxo, a operação de ultrapassagem vai se tornando praticamente impossível, mantendo-se sem utilização os espaços vazios provocados pelos veículos mais lentos que lideram os pelotões. Em condições ideais o fluxo pode atingir 2.800 veículos por hora. Nível de Serviço F Este nível reflete uma situação de colapso do fluxo. Qualquer restrição encontrada pode resultar em formação de filas de veículos com baixa velocidade, que podem se manter por períodos mais ou menos longos, reduzindo os fluxos a valores inferiores à capacidade. Em casos extremos, chega-se a engarrafamentos com velocidade e fluxo nulos. As velocidades médias são sempre inferiores aos limites do nível E, e a participação em pelotões pode chegar a 100% do tempo de viagem. Os volumes de tráfego que podem ser acomodados nos diversos níveis de serviço são chamados de ―Volumes de Serviço‖. Quando um nível de serviço é identificado como aplicável ao projeto, o volume de serviço correspondente logicamente torna-se o volume de serviço projetado, o que significa que caso o fluxo de tráfego na rodovia exceda aquele valor, as condições operacionais ficarão situadas abaixo do nível de serviço projetado para a rodovia. As figuras apresentadas a seguir podem dar uma idéia satisfatória dos aspectos mencionados na caracterização de cada um dos níveis de serviço definidos. 1.2. Classes de Projeto A diversidade de características técnicas que uma rodovia pode ter demandaria um conjunto de padrões de projeto específico para cada via, devidamente ajustado às peculiaridades de cada situação. A impossibilidade prática de atender a essa concepção, aliada à conveniência de uma certa uniformização e padronização de características técnicas, recomendam o agrupamento das rodovias em classes de projeto. O estabelecimento das classes de projeto relacionadas a seguir resultou da experiência acumulada durante o processo de desenvolvimento da malha implantada e traduz o consenso que se formou no País quanto ao atendimento de forma economicamente viável e com condições adequadas de segurança à demanda crescente do tráfego. Classe 0 Via Expressa: rodovia do mais elevado padrão técnico, com pista dupla e controle total de acesso. O enquadramento de uma rodovia nessa classe decorrerá de decisão administrativa dos órgãos competentes, fundamentando-se, entre outros, nos seguintes critérios: - quando os volumes de tráfego forem elevados e o tráfego do décimo ano de abertura implicar, para uma rodovia de pista simples, em: a) nível de serviço inferior ao nível C, no caso de terreno plano ou levemente ondulado, o que ocorre quando o Volume Médio Diário se situa acima de 5.500 veículos, para o caso de região plana com excelentes condições de visibilidade, ou acima de 1.900 veículos por dia, se tratar de região levemente ondulada com más condições de visibilidade; b) nível de serviço inferior ao nível D em caso de terreno fortemente ondulado ou montanhoso, o que ocorre quando o Volume Médio Diário fica acima de 2.600 veículos, para o caso de região fortemente ondulada com excelentes condições de visibilidade, ou acima de 1.000 veículos por dia, para o caso de região montanhosa com más condições de visibilidade; - quando a função absolutamente preponderante da rodovia for a de atender à demanda do tráfego de passagem pela região atravessada (função mobilidade), em detrimento do atendimento ao tráfego local e às propriedades lindeiras (função acessibilidade), que por hipótese serão atendidos por outras vias; - quando a interferência recíproca entre atividades humanas nas propriedades lindeiras ou áreas vizinhas à faixa de domínio (pedestres, paradas de ônibus, tráfego local, etc.) e o fluxo de tráfego direto causar atritos indesejáveis sob aspectos operacionais e de segurança; - quando a rodovia constituir trecho ou parte de um conjunto de rodovias para as quais se tomou a decisão de manter características uniformes e que, de um modo geral, atende às condições que justificam o enquadramento na categoria de vias expressas. Classe I Essa categoria é dividida em vias de Classe I-A (pista dupla) e Classe I-B (pista simples). - Classe I-A Rodovia com duas pistas e controle parcial de acesso, com as seguintes características: a) Caso de Rodovia Arterial com grande demanda de tráfego, em condições semelhantes às descritas para a Classe 0, mas que permitemaior tolerância no que diz respeito às interferências causadas por acessos mais freqüentes; b) Os volumes de tráfego atendidos são das mesmas faixas da Classe 0, mas sofrendo alguma redução por interferência mais freqüente de acessos. - Classe I-B Rodovia em pista simples, de elevado padrão, suportando volumes de tráfego projetados para 10 anos após a abertura ao tráfego, dentro dos seguintes limites: a) Limite Inferior – Volume de 1.400 veículos por dia ou Volume Horário de Projeto de 200 veículos, o que corresponde ao nível C em região montanhosa com excelentes condições de visibilidade, e nível B em região plana com más condições de visibilidade; b) Limites Superiores – Ficar enquadrada no nível C para regiões planas e levemente onduladas (abaixo de 5.500 veículos por dia para região plana com excelentes condições de visibilidade, ou abaixo de 1.900 veículos por dia para região levemente ondulada, com más condições de visibilidade); ou ficar enquadrada no nível D para regiões montanhosas ou fortemente onduladas (abaixo de 2.600 veículos por dia, para o caso de região fortemente ondulada com excelentes condições de visibilidade, ou abaixo de 1.000 veículos por dia para região montanhosa com más condições de visibilidade). Acima dessas condições é requerido o enquadramento na Classe I-A. Classe II Rodovia de pista simples, suportando volumes médios diários de tráfego, conforme projetados para o 10º ano após a abertura ao tráfego, compreendidos entre 700 e 1.400 veículos. Classe III Rodovia de pista simples, suportando volumes médios diários de tráfego, conforme projetados para o 10º ano após a abertura ao tráfego, compreendidos entre 300 e 700 veículos. Classe IV Rodovia de pista simples, com características técnicas suficientes para atendimento, a custo mínimo, do tráfego previsto no seu ano de abertura. Geralmente não é pavimentada e faz parte do sistema local, compreendendo as estradas vicinais e eventualmente rodovias pioneiras. Em função do tráfego previsto, são definidas duas subclasses: - Classe IV-A – Tráfego Médio Diário de 50 a 200 veículos no ano de abertura; - Classe IV-B – Tráfego Médio Diário inferior a 50 veículos no ano de abertura. 5. VELOCIDADE DIRETRIZ É a velocidade selecionada para fins de projeto da via e que condiciona suas principais características, tais como: curvatura, superelevação e distância de visibilidade, das quais depende a operação segura e confortável dos veículos. Representa a maior velocidade com que pode ser percorrido um trecho rodoviário cuja superfície de rolamento apresenta características normais de rugosidade e ondulações, com segurança e em condições aceitáveis de conforto, mesmo com o pavimento molhado, quando o veículo estiver submetido apenas às limitações impostas pelas características geométricas, sem influência do tráfego. Um dos principais fatores que governam a adoção de valores para a velocidade diretriz é o custo de construção resultante. Velocidades diretrizes elevadas requerem características físicas e geométricas mais amplas, principalmente no que tange às curvas verticais e horizontais e acostamentos. Velocidades Diretrizes (km/h) Classe de Projeto Relevo Plano Ondulado Montanhoso Classe 0 120 100 80 Classe I 100 80 60 Classe II 100 70 50 Classe III 80 60 40 Classe IV 80 - 60 60 - 40 40 - 30 6. SUPERELEVAÇÃO É a inclinação transversal imposta à pista de rolamento, ao longo das curvas de concordância horizontal, par compensar o efeito da força centrífuga nos veículos. A figura a seguir apresenta as forças atuantes sobre um veículo quando este percorre uma curva horizontal a uma velocidade constante. Do equilíbrio dessas forças na direção paralela à pista tem-se: P . v 2 . cos = P . sen + P . cos . f g . R Dividindo-se toda a expressão por P. cos , tem-se: v 2 = tg + f g . R Considerando o valor da aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s 2 e que a velocidade entrará na fórmula em km/h, tem-se: V 2 tg = - f 127 . R Os valores máximos para o coeficiente de atrito transversal entre os pneus e a pista são tabelados em função da velocidade diretriz. Valores Máximos Admissíveis do Coeficiente de Atrito Transversal V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 120 f 0,20 0,18 0,16 0,15 0,15 0,14 0,14 0,13 0,11 Para cada Velocidade Diretriz considerada existe um valor de raio para o qual a aceleração centrífuga é tão pequena que pode ser desprezada, tratando-se o trecho como se fosse em tangente, seja porque o valor teoricamente já seria muito pequeno, seja por questões de aparência, ou por condições relativas à mudança no sentido de declividade transversal da pista. Valores de R acima dos quais a superelevação é dispensável V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 > 110 R (m) 450 800 1.250 1.800 2.450 3.200 4.050 5.000 Valores Máximos O valor máximo admissível para a superelevação é condicionado, principalmente, pela grande possibilidade do fluxo de tráfego operar a velocidades bem abaixo da velocidade diretriz, devido à freqüência de veículos comerciais, condições de rampa, interseções em nível e congestionamento. emáx = 10% para rodovias Classe 0 e I (regiões planas e onduladas) emáx = 8% para rodovias Classe I (região montanhosa), II, III e IV Valores Mínimos Para facilitar a drenagem das águas pluviais, a seção transversal dos trechos em tangente apresenta um abaulamento transversal, cuja declividade depende do tipo de pavimento. Pela mesma razão, adota-se o valor dessa declividade como mínimo. TIPO DE PAVIMENTO tg mín Concreto de Cimento Portland 1,5% Concreto betuminoso bem acabado 2,0% Tratamento Superficial 2,5% Não Pavimentado 3,0% 7. RAIO MÍNIMO São os menores raios das curvas que podem ser percorridas com a velocidade diretriz e à taxa máxima de superelevação, em condições aceitáveis de segurança e conforto. Convém observar que deverá ser sempre objetivada a utilização de valores superiores aos mínimos, que se aplicam essencialmente em condições limites. V 2 Rmín = 127.(emáx + fmáx) Onde: V – velocidade diretriz (km/h) emáx – máxima taxa de superelevação adotada (m/m) fmáx – máximo coeficiente de atrito transversal admissível entre o pneu e o pavimento (adimensional) Raios Mínimos (m) Classe Região Plana Ondulada Montanhosa 0 540 345 210 I 345 210 115 II 375 170 80 III 230 125 50 IV 125 50 25 8. CONCEITOS GERAIS PARA O TRAÇADO Trechos excessivamente longos em tangente, convenientes para ferrovias, são indesejáveis em rodovias. Para rodovias de elevado padrão, o traçado deverá ser uma seqüência de poucas curvas de raios amplos do que de longas tangentes ―quebradas‖ por curvas de pequeno desenvolvimento circular. Além de reduzir a sensação de monotonia para o motorista, esse padrão de traçado ajusta-se mais favoravelmente à conformação básica das linhas da natureza, podendo reduzir os rasgos causados pela terraplenagem na paisagem. No caso de ângulos centrais pequenos, iguais ou inferiores a 5º, para evitar a aparência de quebra do alinhamento, os raios deverão ser suficientemente grandes para proporcionar os desenvolvimentos circulares mínimos, obtidos pela fórmula a seguir: D > 30 (10 – AC) (D em metros e AC em graus) Não é necessária curva horizontal para AC < 0º15‘; entretanto, deverãoser evitados, tanto quanto possível, traçados que incluam curvas com ângulos centrais tão pequenos. No final de longas tangentes ou trechos com curvaturas suaves, ou ainda onde se seguir imediatamente um trecho com velocidade diretriz inferior, as curvas horizontais a serem introduzidas deverão ser coerentes com a maior velocidade precedente, de preferência bem acima do mínimo necessário, e proporcionando uma sucessão de curvas com raios gradualmente decrescentes, para orientar o motorista. Considerações de aparência da rodovia e de dirigibilidade recomendam que, tanto quanto possível, as curvas circulares sejam dotadas de curvas de transição, mesmo naqueles casos onde, pelos critérios usuais, estas seriam dispensáveis. É indesejável, sob aspectos operacionais e de aparência, a existência de duas curvas sucessivas no mesmo sentido, quando entre elas existir um curto trecho em tangente. De preferência, serão substituídas por uma única curva longa ou, pelo menos, a tangente intermediária deverá ser substituída por um arco circular, constituindo- se, então, numa curva composta, evitando-se uma grande diferença de curvatura entre raios. Não sendo possível adotar essas medidas, a extensão T da tangente intermediária que reduz esse problema deverá ser superior ao percurso de aproximadamente 15 segundos percorrido à velocidade diretriz V, ou seja: T > 4 V (T em metros e V em km/h) Curvas sucessivas em sentidos opostos, dotadas de curvas de transição, poderão ter suas extremidades coincidentes ou separadas por extensões curtas em tangente. Entretanto, no caso de curvas reversas sem espiral, o comprimento mínimo da tangente intermediária deverá permitir a transição da superelevação. A princípio, uma estrada sinuosa tem prejudicada a sua segurança e o seu desempenho. 9. CONCORDÂNCIA HORIZONTAL COM CURVA CIRCULAR SIMPLES (R>600M) O traçado de uma estrada em planta é constituído por retas concordadas por curvas, que comporão o futuro eixo da estrada. PI – Ponto de Interseção PC – Ponto de Curva PT – Ponto de Tangente d – Deflexão Os elementos de uma curva circular adotados nos projetos são: R – Raio da Curva AC – Ângulo Central T – Comprimento das Tangentes D – Desenvolvimento Circular G – Grau da Curva dm – Deflexão por Metro Por serem ângulos de lados perpendiculares, o Ângulo Central é igual à Deflexão. a) Grau da Curva É o ângulo central correspondente a uma determinada corda “c”. c G = 2.arcsen 2R R > 600 m c = 20 m 100 < R < 600 m c = 10 m R < 100 m c = 5 m b) Deflexão por Metro É o ângulo formado pela tangente à curva num determinado ponto e a corda de 1 m de comprimento. É utilizada para locação, por deflexão, dos pontos intermediários de uma curva. G dm = 2c c) Tangentes AC T = R.tg 2 d) Desenvolvimento Circular . AC D = . R 180º Exercício: Calcular os elementos das curvas e o estaqueamento, sendo dados: R1 = 780,00 m AC1 = 34º 20‘ = 34,33º R2 = 950,00 m AC2 = 28º 12‘ = 28,20º Est PI1 = 45 + 18,00 Est PI2 = 343 + 7,00 Solução: R1 e R2 maiores que 600 m c = 20 m 20 20 G1 = 2.arcsen = 1,469º G2 = 2.arcsen = 1,206º 2 x 780,00 2 x 950,00 1,469 1,206 dm1 = = 0,036º = 2,20’ dm2 = = 0,030º = 1,81’ 2 x 20 2 x 20 34,33º 28,20º T1 = 780,00 x tg = 240,93 m T2 = 950,00 x tg = 238,62 m 2 2 . 34,33º . 28,20º D1 = x 780,00 = 467,35 m D2 = x 950,00 = 467,57 m 180º 180º T1 Est PC1 = Est PI1 – = (45 + 18,00) – (12 + 0,93) = 33 + 17,07 20 D1 Est PT1 = Est PC1 + = (33 + 17,07) + (23 + 7,35) = 57 + 4,42 20 x Est PC2 = Est PT1 + = (57 + 4,42) + (303 + 9,45) = 360 + 13,87 20 x T1 T2 = Est PI2 – Est PI1 – – = (373 + 7,00) – (45 + 18,00) – (12 + 020 20 20 0,93) – (11 + 18,62) = 303 + 9,45 D2 Est PT2 = Est PC2 + = (360 + 13,87) + (23 + 7,57) = 384 + 1,44 20 Resposta: Curva R (m) AC G dm T (m) D (m) Est PC Est PT 1 780,00 34º 20‘ 1,469º 2,20‘ 240,93 467,35 33+ 17,07 57+ 4,42 2 950,00 28º 12‘ 1,206º 1,81‘ 238,62 467,57 360 + 13,87 384 + 1,44 10. CONCORDÂNCIA HORIZONTAL COM TRANSIÇÃO EM ESPIRAL (R < 600 m) a) Curva de Transição Curva de Transição é um ramo de uma curva especial, interposta entre uma das tangentes e a curva circular, cujo objetivo principal é evitar o surgimento brusco da força centrífuga ao passar o veículo diretamente da trajetória retilínea para a circular. Para tal, a curva de transição deve apresentar como característica principal uma variação gradativa decrescente do raio de curvatura desde o ponto de contato com a tangente ( = ) até o ponto comum com a curva circular ( = R). É ao longo da curva de transição que são dadas, gradativamente, a superlargura e a superelevação. TE – ponto de passagem da tangente para a espiral EC – ponto de passagem da espiral para o trecho circular CE – ponto de passagem do trecho circular para a espiral ET – ponto de passagem da espiral para a tangente Uma vez concordadas duas tangentes por um arco de círculo, o propósito de se inserir uma transição de curvatura variável faz com que se torne necessário criar um espaço entre o arco de círculo e as tangentes. Isto pode ser conseguido segundo um dos três métodos abaixo: Método do centro conservado; Método do raio conservado; Método do centro e raio conservados. O método mais empregado é o do raio conservado em razão, principalmente, de permanecer o valor selecionado para o raio estudado. Somente nas situações em que se deseja manter a posição do arco circular na posição estudada, recorre-se ao terceiro método. A curva de transição deve proporcionar um acréscimo gradual e suave da força centrífuga quando o veículo entra na concordância horizontal, e da mesma forma um decréscimo, quando dela sai. Para dedução da expressão que fornece o comprimento de transição, considere- se um veículo percorrendo a curva com velocidade constante. De acordo com a Cinemática, ter-se-á atuando no veículo somente a aceleração normal ou centrífuga. v 2 ac = A aceleração centrífuga varia à medida que o tempo passa e o veículo percorre a curva de transição. Admitiremos que essa variação se dá a uma taxa constante ―j‖. d ac d v 2 j = = () d t d t Como à medida que o veículo percorre a curva de transição variam também o tempo e a distância percorrida, pode-se aplicar a Regra da Cadeia. d v 2 d d l j = () x x d d l d t d v 2 v 2 () = – d Como a velocidade é constante, tem-se que: d l = v d t Assim: v 3d j = – . 2 d l v 3 d d l = – . j 2 v 3 d ʃ d l = ʃ (– . ) j 2 v 3 lc = j R Na fórmula acima, a velocidade é dada em m/s e o raio em m. Mas em rodovias se trabalha com velocidades em km/h e o raio em m. Para se entrar com esses dados, segundo essa proposta, e admitindo-se que a taxa de variação da velocidade centrífuga com o tempo tem valor entre 0,30 e 0,90 m/s 3 (valores obtidos de experiências realizadas nos Estados Unidos) tem-se: V 3 lc = (0,024 a 0,071) . R Nessa expressão, V é a velocidade diretriz, dada em km/h, e o raio R é dado em metros, obtendo-se o comprimento de transição também em metros. No entanto, considerações sobre a implantação da superelevação nas curvas de transição, com segurança e conforto para os veículos, estabelecem valores mínimos a serem observados, e que são função da velocidade diretriz. V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 120 lcmín (m) 20 20 30 30 40 40 50 60 70 Para facilidade dos cálculos a serem efetuados, toma-se o valor de lc como múltiplo de 10. Para as curvas com raios muito grandes, torna-se dispensável a utilização de uma curva de transição especial. Nesses casos, só há justificativa de espiral quando forem adotados comprimentos de transição muito grandes. A seguir apresentam-se os raios acima dos quais se podem dispensar as curvas de transição. V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 120 R (m) 200 350 500 700 850 1000 1200 1400 1800 b) Elementos de Locação das Curvas Adotando-se o método do raio conservado, apresentam-se, a seguir, as fórmulas para serem utilizadas nos cálculos dos elementos das curvas. Ângulo Total de Transição - c lc c = (radianos) 2R Ângulo Central Restante - = AC – 2.c (graus) Coordenadas em Relação à Tangente do Ponto EC – xc, yc lc . c c 2 c 2 xc = (1– ) yc = lc (1– ) 3 14 10 Coordenadas em relação à Tangente do Ponto PC‘ – p, q p = xc – R (1 – cos c) q = yc – R sen c Tangentes – Ts AC Ts = (R + p) tg + q 2 Desenvolvimento Circular Restante – D . D = . R 180º Exercício: Calcular os elementos de locação e o estaqueamento das curvas de uma rodovia classe II, que atravessa região ondulada: Ponto de Interseção 1 – est 23 + 16,00 Ponto de Interseção 2 – est 130 + 10,00 Deflexão 1 – 38º à direita Deflexão 2 – 36º 10‘ à esquerda Raio 1 – 190,00 m Raio 2 – 310,00 m Respostas: Curva R (m) AC (º) lc (m) c (rad) c (º) (º) xc (m) yc (m) p (m) q (m) Ts (m) D (m) 1 190,00 38º 80,00 0,211 12,06º 13,88º 5,61 79,64 1,42 39,94 105,85 46,03 2 310,00 36º10‘ 60,00 0,097 5,54º 25,09º 1,94 59,94 0,49 30,01 131,39 135,75 Est TE1 = 18 + 10,15 Est TE2 = 123 + 2,94 Est EC1 = 22 + 10,15 Est EC2 = 126 + 2,94 Est CE1 = 24 + 16,18 Est CE2 = 133 + 18,69 Est ET1 = 28 + 16,18 Est ET2 = 136 + 18,69 c) Coordenadas em Relação à Tangente Ponto no Ramo de Transição Ponto E (primeiro ramo de transição) lE = est E – est TE lE 2 E = (radianos) 2 R lc lE . E E 2 E 2 xE = (1 – ) yE = lE (1 – ) 3 14 10 Ponto E‘ (segundo ramo de transição) lE‘ = est ET – est E‘ lE‘ 2 E‘ = (radianos) 2 R lc lE‘ . E‘ E‘ 2 E‘ 2 xE‘ = (1 – ) yE‘ = lE‘ (1 – ) 3 14 10 Ponto no Trecho Circular Ponto M (antes da metade da curva) D = est M – est EC ( ≤ D/2 ) D . 180º = . R xM = xc + 2 R sen . sen (c + ) 2 2 yM = yc + 2 R sen . cos (c + ) 2 2 Ponto M‘ (depois da metade da curva) D = est M – est EC ( > D/2 ) D‘ = est ET – est M‘ D‘ . 180º ‘ = . R ‘ ‘ xM‘ = xc + 2 R sen . sen (c + ) 2 2 ‘ ‘ yM‘ = yc + 2 R sen . cos (c + ) 2 2 Exercício: Com os dados do exercício anterior, calcular as coordenadas em relação à tangente dos pontos situados nas estacas: A - 20 + 0,00; B - 23 + 0,00; C - 131 + 0,00; D - 135 + 0,00. Respostas: xA = 0,29 m yA = 29,85 m xB = 7,92 m yB = 89,21 m xC = 13,09 m yC = 117,49 m xD = 0,52 m yD = 38,68 m CAPÍTULO IV – PROJETO GEOMÉTRICO VERTICAL 1. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE O PROJETO EM PERFIL O projeto de uma estrada em perfil é constituído de greides retos, concordados dois a dois por curvas, analogamente ao projeto em planta. Nos greides ascendentes, os valores das rampas são considerados positivos e nos descendentes, negativos. O projeto de greide deve evitar freqüentes alterações de menor vulto nos valores das rampas. Estas deverão ser tão contínuas quanto possível. Deverão ser evitadas, sempre que possível, curvas verticais no mesmo sentido separadas por pequenas extensões de rampa, principalmente em rodovias pista dupla. Em trechos longos de rampa é conveniente dispor as rampas mais íngremes na parte inferior e as rampas mais suaves no topo, para tirar proveito do impulso acumulado no segmento plano ou ascendente anterior à subida. Greides excessivamente colados, muitas vezes associados a traçados sensivelmente retos, são indesejáveis por motivos estéticos e por proporcionarem situações perigosas em terrenos levemente ondulados: a sucessão de pequenas lombadas e depressões oculta veículos nos pontos baixos, dando uma falsa impressão de oportunidade de ultrapassagem. No lançamento da linha de greide, alguns cuidados devem ser observados: As rampas não poderão exceder o valor máximo admitido para o trecho; O greide deve ser lançado de forma a possibilitar o equilíbrio dos volumes de cortes e aterros; Alturas muito grandes de cortes e aterros devem ser evitadas, por representarem maiores riscos de instabilidades de taludes; O ponto de passagem de uma rampa decrescente para uma ascendente deverá, preferencialmente, estar situado em um aterro, por problemas de drenagem. 2. RAMPA MÁXIMA A principal limitação ao emprego de rampas suaves é constituída pelo fator econômico, traduzido pelo aumento do custo de construção em regiões topograficamente desfavoráveis. O estabelecimento de rampas máximas objetiva atingir um equilíbrio entre esse fator e os desempenhos operacionais dos veículos, principalmente no que tange ao consumo e desgaste, e também quanto ao aumento do tempo de viagem, procurando-se, ainda, homogeneizar as características e o padrão das rodovias. As rampas têm também grande influência sobre a capacidade das rodovias, especialmente naquelas de duas faixas e mão dupla. Um veículo comercial em rampa íngreme em rodovias desse último tipo pode representar, em termos de capacidade,o equivalente a algumas dezenas de automóveis. Rampas Máximas Classe de Projeto Relevo Plano Ondulado Montanhoso Classe 0 3% 4% 5% Classe I 3% 4,5% 6% Classe II 3% 5% 7% Classe III 4% 6% 8% Classe IV-A 4% 6% 8% Classe IV-B 6% 8% 10%* * A extensão de rampas acima de 8% será desejavelmente limitada a 300 m contínuos. 3. DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE As distâncias de visibilidade traduzem os padrões de visibilidade a serem proporcionados ao motorista, de modo que ele possa sempre tomar a tempo as decisões necessárias à sua segurança. Esses padrões dependem diretamente das características geométricas da rodovia, das condições da superfície de rolamento, das condições do tempo (chuva ou sol), do comportamento do motorista médio e das características dos veículos (freios, suspensão, pneus, etc) representativas de condições desfavoráveis médias. As distâncias de visibilidade básicas consideradas para o projeto rodoviário são as distâncias de visibilidade de parada, as de tomada de decisão e as de ultrapassagem, sendo apenas a primeira de caráter obrigatório, e as demais, valores recomendados. 3.1. Distância de Visibilidade de Parada Define-se como Distância de Visibilidade de Parada para a velocidade V a distância mínima que um motorista médio, dirigindo com velocidade V um carro médio, em condições razoáveis de manutenção, trafegando em uma rodovia pavimentada, adequadamente conservada, em condições chuvosas, necessita para parar com segurança após avistar um obstáculo na rodovia. Os valores das distâncias de visibilidade de parada são calculados pela fórmula geral a seguir: V 2 Dp = 0,7 . V + 255 (f + i) Onde: Dp – distância de visibilidade de para em metros; V – velocidade diretriz em km/h; f – coeficiente de atrito que exprime a atuação do processo de frenagem, considerando a eficiência dos freios e o atrito entre pneus e pista, para o caso de pavimento molhado, com rugosidade normal, em condições superficiais razoáveis, e não especialmente lamacento ou escorregadio; i – rampa em m/m (positivo no sentido ascendente e negativo no sentido descendente). Valores de f para a Velocidade Diretriz V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 f 0,40 0,37 0,35 0,33 0,31 0,30 0,29 0,28 0,28 0,27 O primeiro termo da fórmula corresponde à distância percorrida durante o tempo de percepção, decisão e reação do motorista médio, que se sucede a partir da visão do obstáculo, adotando-se o valor médio estatístico de 2,5 segundos, desprezando-se o efeito do freio-motor e eventuais influências do greide. O segundo termo fornece a distância percorrida desde o início da atuação do sistema de frenagem até sua imobilização. Os valores calculados, arredondados para fins de projeto, encontram-se nos quadros a seguir. Nesses quadros são apresentados os valores das distâncias de visibilidade para greides variando de –6% a +6% (i2 – i1), sendo arredondados para múltiplos de 5 os valores correspondentes ao greide nulo. Apenas se exige obediência da Distância de Visibilidade Mínima para o greide nulo. Os valores assim obtidos são considerados como aceitáveis para fins de projeto em quaisquer circunstâncias, por englobarem suficiente margem de segurança, podendo-se desprezar a influência dos greides ascendentes e descendentes. A Distância de Visibilidade Desejada, embora não exigida, deve servir de orientação para o projetista como distância ideal a ser fornecida pelo projeto, se as condições o permitirem. Como orientação geral, o projetista deverá tentar conseguir atender em cada situação encontrada a Distância de Visibilidade Desejada, considerando o greide e a distância de visibilidade horizontal. Se isso não for viável, deverá, no mínimo, atender à Distância de Visibilidade Mínima para greide nulo, considerando também a distância de visibilidade horizontal. Distâncias de Visibilidade de Parada Mínimas (m) V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 6% 30 40 55 65 85 100 120 140 160 180 5% 30 40 55 70 85 105 125 140 160 180 4% 30 40 55 70 85 105 125 145 165 185 3% 30 40 55 70 85 105 130 145 165 190 2% 30 40 55 70 90 110 130 150 170 195 1% 30 40 55 70 90 110 130 155 175 200 0% 30 45 60 75 90 110 130 155 180 205 -1% 30 45 60 75 95 115 140 160 180 205 -2% 30 45 60 75 95 115 140 165 185 215 -3% 30 45 60 75 95 120 145 165 190 220 -4% 30 45 60 75 100 120 150 170 195 225 -5% 30 45 60 80 100 125 150 175 200 230 -6% 30 45 60 80 100 125 155 180 210 240 Distâncias de Visibilidade de Parada Desejadas (m) V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 6% 30 45 60 80 100 125 155 185 225 265 5% 30 45 60 80 100 130 155 190 230 270 4% 30 45 60 80 105 130 160 195 235 280 3% 30 45 60 80 105 130 160 200 240 285 2% 30 45 60 80 105 135 165 200 245 295 1% 30 45 60 85 110 135 170 205 250 300 0% 30 45 65 85 110 140 175 210 255 310 -1% 30 45 65 85 115 145 175 215 265 320 -2% 30 45 65 90 115 145 180 220 270 330 -3% 30 45 65 90 120 150 185 225 280 340 -4% 35 45 65 90 120 155 190 235 290 355 -5% 35 50 70 90 125 155 195 240 300 365 -6% 35 50 70 95 125 160 200 250 310 380 3.2. Distância de Visibilidade de Tomada de Decisão As distâncias de Visibilidade de Parada são normalmente suficientes para permitir que motoristas razoavelmente competentes e atentos executem paradas de emergência em condições ordinárias. Porém, quando há dificuldades de percepção ou quando manobras súbitas e pouco comuns são necessárias, essas distâncias podem se revelar insuficientes. Distância de Visibilidade para Tomada de Decisão é a distância necessária para que um motorista tome consciência de uma situação potencialmente perigosa, inesperada ou difícil de perceber, avalie o problema encontrado, selecione o caminho a seguir e a velocidade a empregar e execute a manobra necessária com eficiência e segurança. Para o caso de rodovias rurais há dois tipos de manobras a serem consideradas: - Decisão final de parar na rodovia – distâncias obtidas são pouco superiores às distâncias de visibilidade de parada; - Decisão final de desviar do obstáculo – distâncias são substancialmente maiores que as correspondentes ao caso de simples parada porque incluem margem adicional de erro e acrescentam comprimentos suficientes para permitir manobras dos veículos com velocidades iguais ou reduzidas. Distância de Visibilidade para Tomada de Decisão (m) V (km/h) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Simples Parada 50 75 95 125 155 185 225 265 305 Desvios de Obstáculos 115 145 175 200 230 275 315 335 375 3.3. Distância de Visibilidade de Ultrapassagem A conveniência de serem fornecidas aos usuários, tão freqüentemente quanto possível, condições de ultrapassagem de veículos lentos é evidente e naturalmente limitada pelas implicações em acréscimos de custos de construção. No caso de rodovias com baixos volumes de tráfego, a necessidade de ultrapassagem é reduzida e as oportunidades são mais freqüentes, já que há menor número de veículos se aproximando em sentido contrário. Para volumes crescentes, entretanto, torna-se conveniente, na medida do possível, aumentar o número de oportunidades, para que a ansiedade dos motoristas mais rápidos não resulte em manobras perigosas. Aconselha-se tentar viabilizar a ultrapassagem a intervalos entre 1,5 km e 3,0 km. Há que se levar em conta, todavia, que a existência de visibilidade suficiente não é garantia para a realização da ultrapassagem, já que a partir de determinado volume de tráfego em sentido contrário caem praticamentea zero as possibilidades de se fazê-la. Nesses casos, a solução é a duplicação ou criação de terceira faixa nas rampas íngremes. No cálculo das distâncias mínimas de ultrapassagem, admitem-se as seguintes condições, razoáveis para uma elevada percentagem de motoristas: a) O veículo mais lento VL, a ser ultrapassado, viaja com velocidade uniforme. b) O veículo mais rápido VR está logo atrás de VL e com a mesma velocidade no momento em que atinge o ponto inicial de ultrapassagem PI. c) Após atingir PI, o motorista de VR precisa de certo período de tempo para perceber a possibilidade de ultrapassar e iniciar a manobra: Tempo de Percepção e Reação. d) VR acelera durante a manobra e sua velocidade média durante o período em que está na faixa esquerda é 15 km/h maior que a de VL. e) Quando VR volta à faixa direita, há uma distância de segurança razoável do veículo que vem em sentido contrário. Distâncias de Visibilidade de Ultrapassagem (m) V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Du 180 270 350 420 490 560 620 680 730 800 4. CONCORDÂNCIA VERTICAL COM PARÁBOLA Comprimento da Concordância Vertical A função das curvas verticais é concordar as tangentes verticais dos greides. Normalmente serão adotadas parábolas do 2.º grau. Essas parábolas são definidas pelo seu parâmetro de curvatura ―K‖, que traduz a taxa de variação da declividade longitudinal na unidade do comprimento, estabelecida para cada velocidade. O valor de ―K‖ representa o comprimento da curva no plano horizontal, em metros, para cada 1% de variação na declividade longitudinal. Os comprimentos ―y‖ das concordâncias verticais são obtidos multiplicando os valores de ―K‖ pela diferença algébrica ―A‖, em percentagem, das rampas concordadas. Para facilidade de cálculo e locação, os valores adotados para ―y‖ são geralmente arredondados para múltiplos de 20 metros. y1 = y2 y1 y2 Podem ser dispensadas curvas verticais quando a diferença algébrica das rampas for inferior a 0,5%. y = K . A A = i1 – i2 i1 e i2 entram com o sinal convencional da inclinação da rampa a) Parábola Côncava: b) Parábola Convexa: Dp 2 Dp 2 K = K = 122 + 3,5 Dp 412 Onde: Dp – Distância de Visibilidade de Parada O comprimento mínimo das curvas verticais deve permitir ao motorista perceber a alteração de declividade longitudinal sendo percorrida. Adotando para essa percepção um período de tempo mínimo de 2 segundos, o comprimento mínimo da curva vertical é dado pela fórmula a seguir: ymín = 0,6 V (ymín em metros e V em km/h) Cálculo da Flecha Máxima – emáx a) Parábola Simples ou Simétrica y i1 i2 emáx = ( – ) 8 100 100 b) Parábola Composta ou Assimétrica y1 . y2 i1 i2 emáx = ( – ) 2 . y 100 100 Cota de um Ponto Qualquer Para a determinação da cota de qualquer ponto em uma rodovia é necessário conhecer a cota de um único ponto e as distâncias e rampas existentes entre esses pontos. a) Ponto no Meio de uma Rampa cot PIV1 = C0 + 1 i1 1 = . (est PIV1 – est 0) 100 i1 i2 cot A = C0 + . (est PIV1 – est 0) – . (est PIV2 – est PIV1) + 100 100 i3 + . (est A – est PIV2) (não levar em conta sinal de convenção da rampa) 100 b) Ponto na Concordância Vertical Parábola Simples ou Simétrica - Ponto antes do PIV cotproj N = cot N – eN xN = est N – est PCV xN 2 eN = 4 emáx y 2 - Ponto depois do PIV cotproj N‘ = cot N‘ – eN' xN‘ = est PTV – est N‘ xN‘ 2 eN‘ = 4 emáx y 2 Parábola Composta ou Assimétrica - Ponto antes do PIV cotproj N = cot N – eN xN = est N – est PCV xN 2 eN = emáx y1 2 - Ponto depois do PIV cotproj N‘ = cot N‘ – eN' xN‘ = est PTV – est N‘ xN‘ 2 eN‘ = emáx y2 2 Exercícios: 1. Calcular as cotas de projeto dos pontos situados nas estacas 4 + 15,00 e 11+ 5,00. Solução: A estaca 4 + 15,00 está dentro da primeira concordância vertical, que é feita com parábola simétrica, e antes do PIV1. xA = (4 + 15,00) – (3 + 0,00) = 35,00 m 80 1,5 – 2,0 emáx 1 = . ( – ) emáx 1 = 0,35 m 8 100 100 cot A = 530,00 + 0,015 x 95,00 = 531,43 m 35,00 2 eA = 4 x 0,35 x = 0,27 m 80,00 2 cotproj A = cot A - eA cotproj A = 531,43 – 0,27 cotproj A = 531,16 m A estaca 11 + 5,00 está dentro da segunda concordância vertical, que é feita com parábola assimétrica, e depois do PIV2. XB = (13 + 0,00) – (11 + 5,00) = 35,00 m 30 x 70 – 2,0 + 3,0 emáx 2 = . ( – ) emáx 2 = – 0,53 m 2 x 100 100 100 cot B = 530,00 + 0,015 x 100,00 – 0,02 x 90,00 + 0,03 x 35,00 = 530,75 m 35,00 2 eB = 0,53 x = 0,13 m 70,00 2 cotproj B = cot B + eB cotproj B = 530,75 + 0,13 cotproj B = 530,88 m 2. Em uma rodovia classe II, região montanhosa, uma contra-rampa de 3,5% termina na estaca 115 + 0,00, começando aí uma rampa de 2,5%. Pede-se calcular a estaca do PTV da concordância vertical, sabendo que o PCV necessita ficar na estaca 113 + 10,00. Rodovia classe II, região montanhosa V = 50 km/h Dp = 60,00 m Cálculo de y: A = – 3,5 – (+2,5) = 6,0 Concordância côncava, logo: 60 2 K = = 10,84 122 + 3,5 x 60 y = 10,84 x 6,0 = 65,04 m ymín = 0,6 x 50 = 30,00 m Logo, adota-se y = 80,00 m est PTV = est PCV + y = (113 + 10,00) + (4 + 0,00) est PTV = 117 + 10,00 CAPÍTULO V – ELEMENTOS DA SEÇÃO TRANSVERSAL 5. FAIXA DE ROLAMENTO A faixa de rolamento consiste em uma faixa longitudinal da pista, designada e projetada para uma fila de veículos em movimento contínuo. A pista de rolamento consiste na parcela da área pavimentada da plataforma, designada e projetada para a utilização de veículos em movimento contínuo. De modo geral, a largura da faixa de rolamento é obtida adicionando à largura do veículo de projeto adotado a largura de uma faixa de segurança, função da velocidade diretriz e do nível de conforto que se deseja proporcionar, função, por sua vez, da categoria da via. Os valores básicos recomendados para a largura da faixa de rolamento pavimentada, em tangente, são apresentados a seguir: Larguras das Faixas de Rolamento em Tangente (m) Classe de Projeto Relevo Plano Ondulado Montanhoso Classe 0 3,60 3,60 3,60 Classe I 3,60 3,60 3,50 Classe II 3,60 3,50 3,30* Classe III 3,50 3,30* 3,30 Classe IV-A 3,00 3,00 3,00 Classe IV-B 2,50 2,50 2,50 * Preferencialmente 3,50 m quando esperada alta percentagem de veículos comerciais. 6. ACOSTAMENTOS Acostamento á a parcela da área da plataforma adjacente à pista de rolamento, que objetiva permitir aos veículos em início de processo de desgoverno a retomada da direção correta; proporcionar aos veículos acidentados, com defeitos ou cujos motoristas fiquem incapacitados de continuardirigindo, um local seguro para serem estacionados fora da trajetória dos demais veículos; bem como estimular os motoristas a usarem a largura total da faixa mais próxima do acostamento. Todas as vias deverão ter acostamentos, pavimentados ou não. Acostamentos, quando pavimentados, contribuem, também, para conter e suportar a estrutura do pavimento da pista. No caso de acostamentos não pavimentados, é desejável que seja revestida uma faixa adjacente à pista, com 0,30 a 0,50 m de largura, objetivando estimular o uso da largura integral da pista. É importante minimizar eventuais degraus entre pista e acostamento. No caso de rodovias de pista dupla ou de pistas em geral de mão única, deverá ser prevista uma largura pavimentada adicional entre o bordo esquerdo da pista de rolamento e a superfície não trafegável do canteiro. No caso de pistas de duas faixas, bastará dispor uma faixa de segurança, que exerça a separação psicológica entre pista e canteiro, proporcionando uma folga e estimulando a utilização da faixa de rolamento adjacente. No caso de pistas com maior número de faixas, o intenso tráfego dificulta sensivelmente a um veículo manobrar do lado interno para o externo da pista em casos de emergência, quando então se torna desejável um acostamento interno de largura adequada. Larguras dos Acostamentos Externos Classe de Projeto Relevo Plano Ondulado Montanhoso Classe 0 3,50 3,00* 3,00* Classe I 3,00* 2,50 2,50 Classe II 2,50 2,50 2,00 Classe III 2,50 2,00 1,50 Classe IV-A 1,30 1,30 0,80 Classe IV-B 1,00 1,00 0,50 * Preferivelmente 3,50 m onde for previsto um volume horário unidirecional de caminhões superior a 250 veículos. Larguras dos Acostamentos Internos (m) Número de Faixas de Rolamento Relevo Plano Ondulado Montanhoso 2 1,20 – 0,60 1,00 – 0,60 0,60 – 0,50 3 3,00 – 2,50 2,50 – 2,00 2,50 – 2,00 > 4 3,00 3,00 – 2,50 3,00 – 2,50 7. ABAULAMENTO DA PISTA EM TANGENTE As pistas de rolamento possuem abaulamentos transversais com o objetivo de facilitar o escamento das águas pluviais. Declividades transversais elevadas são vantajosas para acelerar o escoamento. Por outro lado, valores baixos são preferíveis por motivos estéticos, de conforto para dirigir e de menor desvio lateral, quando de freadas bruscas, ventos fortes ou lama na pista. Porém, a adoção de valores baixos requer pavimentos de alta qualidade e elevado grau de acabamento. Tipo de Pavimento Declividade Transversal Pavimentos betuminosos de alta qualidade 2,0% Pavimentos de concreto de cimento 1,5% Pavimentos com grande rugosidade 2,5% Revestimento primário ou não pavimentada 3,0% Acostamentos 5,0% 8. SUPERLARGURA A largura da pista de uma rodovia é determinada em função das larguras máximas dos veículos que a utilizam e das suas velocidades. A determinação dessa largura é feita somando as larguras máximas dos veículos, a distância entre esses veículos necessária por questão de segurança e as distâncias necessárias entre esses veículos e o bordo do pavimento. Quando se está em uma curva, como o veículo é rígido e não pode acompanhar a curvatura da estrada, é necessário aumentar a largura da pista para que permaneça a distância mínima entre veículos que existia no trecho em tangente. Além disso, o motorista tem maior dificuldade de avaliar distâncias transversais em curva, o que exige algum aumento das distâncias de segurança consideradas em tangente. A esse acréscimo de largura necessário em uma curva de uma rodovia para manter as condições de conforto e segurança dos trechos em tangente dá-se o nome de superlargura. A consideração da superlargura, tanto no projeto como na construção, demanda um aumento de custo e trabalho que só é compensado pela eficácia desse acréscimo na largura da pista. Em conseqüência, valores pequenos de superlargura não têm influência prática e não devem ser considerados. Para esse fim, adota-se um valor mínimo de 0,40 m. De um modo geral, só se justifica a adoção de superlargura para valores relativamente pequenos de raios, que normalmente só são freqüentes em rodovias de classe II ou III ou em rodovias situadas em regiões de topografia muito adversa. a) Cálculo da Superlargura para Pistas de Duas Faixas S = LT – LB LT = {2 (GC + GL) + GBD} + FD Onde: S – superlargura total da pista LT – largura total em curva da pista de 2 faixas de rolamento LB – largura básica estabelecida para a pista em tangente GC – gabarito estático do Veículo de Projeto em curva GL – gabarito (folga) lateral do Veículo de Projeto em movimento GBD – gabarito requerido pelo percurso do balanço dianteiro do Veículo de Projeto em curva FD – folga dinâmica (folga transversal adicional para considerar a maior dificuldade em manter a trajetória de veículos em curvas, determinada de forma experimental e empírica). E 2 GC = LV + 2 R Onde: LV – largura física do Veículo de Projeto, em metros; E – distância entre eixos do Veículo de Projeto, em metros; R – raio da curva, em metros. LB (m) 6,00/6,40 6,60/6,80 7,00/7,20 GL (m) 0,60 0,75 0,90 Onde: BD – balanço dianteiro do veículo de projeto, em metros. Obs.: Para ônibus e caminhões com 2 eixos e 6 rodas e para caminhões compostos por uma unidade tratora simples e um semi-reboque, adota-se LV = 2,60 m, E = 6,10 m e BD = 1,20 m. Onde: V – velocidade diretriz, em km/h; R – raio da curva, em metros. 9. DISTRIBUIÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO Nos trechos em tangente, a seção transversal da pista de rolamento de uma rodovia de pista simples apresenta uma forma abaulada, em que as duas faixas de trânsito são inclinadas em tono do eixo para os bordos, que se situam em cotas diferentes para escoamento das águas para fora da rodovia. Nos trechos em curva, a seção transversal da pista apresenta-se normalmente com declividade constante, inclinada para o bordo interno da curva no valor da superelevação. O giro da superfície do pavimento da pista em tangente para a curva, com o objetivo de atingir a superelevação desejada, se dá parte na Curva de Transição e parte num trecho denominado ―Transição em Tangente‖. Pela figura pode-se observar que, dentro da transição em espiral, a inclinação da faixa externa varia de 0% até a inclinação com valor da superelevação ―tg ‖. Desta forma, define-se a Taxa de Distribuição da Superelevação como sendo a taxa constante de variação da inclinação da faixa externa dentro da curva de transição em espiral. tg TDS = lc A essa mesma taxa, a faixa externa varia sua declividade desde o valor adotado para o trecho em tangente (tg mín) até 0%, no início da curva de transição em espiral, ou seja, dentro da Transição em Tangente. Assim, pode-se calcular o Comprimento de Transição em Tangente. tg mín lT = TDS Exercício: Para as curvas de uma rodovia classe II, região ondulada, abaixo, pede-se determinar as cotas dos bordos direito e esquerdo da pista na estaca 20 + 0,00. Considerar pavimento em concreto betuminoso bem acabado e cota do eixo constante e igual a 300,00 m. Ponto de Interseção 1 – est 23 + 16,00 Ponto de Interseção 2 – est 130 + 10,00 Curva R (m) AC (º) lc (m) c (rad) c (º) (º) xc (m) yc (m) p (m) q (m) Ts (m) D (m) 1 190,00 38º 80,00 0,211 12,06º 13,88º 5,61 79,64 1,42 39,94 105,85 46,032 310,00 36º10‘ 60,00 0,097 5,54º 25,09º 1,94 59,94 0,49 30,01 131,39 135,75 Est TE1 = 18 + 10,15 Est TE2 = 123 + 2,94 Est EC1 = 22 + 10,15 Est EC2 = 126 + 2,94 Est CE1 = 24 + 16,18 Est CE2 = 133 + 18,69 Est ET1 = 28 + 16,18 Est ET2 = 136 + 18,69 Solução: Estaca 20 + 0,00 dentro da primeira curva de transição Distância ao TE: (20 + 0,00) – (18 + 10,15) = 1 + 9,85 = 29,85 m Rodovia classe II, região ondulada V = 70 km/h f = 0,15 (tabelado) 70 2 tg = – 0,15 = 0,053 = 5,3% 127 x 190,00 5,3 TDS = = 0,066 %/m 80,00 Na estaca 20 + 0,00 tem-se: 29,85 x 0,066 = 1,97% Com relação à largura da pista, tem-se: LT = {2 (GC + GL) + GBD} + FD E 2 GC = LV + 2 R 6,10 2 GC = 2,60 + = 2,698 m 2 x 190,00 LB = 2 x 3,50 (tabelado) = 7,00 GL = 0,90 m GBD = 0,042 m FD = 0,508 m LT = {2 x (2,698 + 0,90) + 0,042} + 0,508 = 7,746 m S = 7,746 – 7,000 = 0,746 m = 0,80 m Na estaca 20 + 0,00 a largura da pista será: 29,85 L = 7,00 + 0,80 x = 7,30 m 80,00 Assim, a conformação da seção transversal da pista nessa estaca é: Cota do Bordo Esquerdo: cot BE = 300,00 + 0,0197 x 7,30 = 300,14 m Cota do Bordo Direito: cot BD = 300,00 – 0,02 x 7,30 = 299,85 m CAPÍTULO VI – TERRAPLENAGEM 1. GENERALIDADES Terraplenagem é o movimento de terra efetuado para a construção da estrada, constituindo-se em escavações, carregamento do material escavado, transporte ao local de depósito (aterro) e compactação. Essa compactação é feita de modo a aumentar a resistência do aterro executado, além de diminuir sua permeabilidade e sua compressibilidade. Altura de corte – é a diferença, em cada estaca, entre as cotas do terreno e do greide, quando aquela for superior a esta. Indica a profundidade do corte que deve ser realizado em cada estaca, no eixo da estrada, para atingir a plataforma. Altura de aterro – é a diferença, em cada estaca, entre as cotas do terreno e do greide, quando aquela for inferior a esta. Indica a altura de aterro que deve ser realizado em cada estaca, no eixo da estrada, para atingir a plataforma. As alturas de corte e de aterro também são chamadas de ―cotas vermelhas‖. Os pontos correspondentes a cotas vermelhas nulas são chamados de ―pontos de passagem‖ (PP) (pontos de passagem de corte para aterro ou de aterro para corte). Taludes – são as superfícies que limitam lateralmente os cortes e os aterros. Pé do corte – é o ponto mais baixo do talude do corte na seção considerada. Crista do corte – é a interseção do talude do corte com o terreno natural. Pé do aterro – é a interseção do talude do aterro com o terreno natural. Crista do aterro – é o ponto mais alto do talude do aterro na seção considerada. Banqueta do corte ou aterro – parte de um talude de corte ou aterro, de inclinação muito suave ou em nível, destinada a quebrar a velocidade das águas que descem o talude, reduzindo seu poder de erosão, além de melhorar a estabilidade do terreno. A inclinação dos taludes é função, no caso dos cortes, do tipo de terreno a ser escavado e, no caso de aterros, do material que está sendo utilizado. O espaçamento vertical entre banquetas usual é de 10,00 m. A largura usual de banquetas é de 4,00 m. 2. NOTA DE SERVIÇO DE TERRAPLENAGEM Depois de elaborado o projeto de uma estrada em planta e em perfil, traçam-se as seções transversais do terreno, geralmente de estaca em estaca, e são lançados os gabaritos de corte e de aterro. A informação sobre a configuração da seção de terraplenagem a ser executada em cada estaca é dada por uma planilha, chamada ―Nota de Serviço de Terraplenagem‖, que consiste no registro da distância ao eixo e da cota dos pontos que definem os gabaritos citados. No caso da figura a seguir, os pontos de 1 a 6 encontram-se do lado esquerdo do eixo e os pontos de 7 a 10, do lado direito. Deve-se registrar que os lados direito e esquerdo do eixo são definidos desenhando-se a seção de terraplenagem no sentido crescente do estaqueamento. No campo, depois de locado o eixo, são marcados os ―off-sets‖ (cristas dos cortes e pés dos aterros), que definem a área dos trabalhos de terraplenagem em cada estaca e, por meio da Nota de Serviço de Terraplenagem, são controladas as escavações e os aterros a serem executados, com o auxílio da topografia. Para calcular as cotas dos pontos é necessário se conhecer a cota de projeto no eixo, obtida do Projeto Geométrico Vertical. NOTA DE SERVIÇO DE TERRAPLENAGEM Estaca Lado Esquerdo Cotas no Eixo Lado Direito Dist. Dist. Dist. Dist. Terreno Projeto Dist. Dist. Dist. Dist. Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota A d4 d3 d2 d1 cE c0 d7 d8 d9 d10 c4 c3 c2 c1 c7 c8 c9 c10 d6 d5 c6 c5 3. CÁLCULO DE VOLUMES O cálculo do volume de terra a ser escavado nos cortes, bem como o a ser lançado nos aterros, é feito determinando-se a área de cada seção transversal desenhada, geralmente, a cada 20 metros. Com essas áreas faz-se a cubação, que é o cálculo dos volumes de terra movimentados. Também é possível calcular a distância média de transporte dos materiais. Para a determinação do volume de material a ser escavado (aterrado) entre duas estacas, admite-se que ele seja igual ao de um prisma de base definida como a média das áreas de escavação (aterro) das estacas em questão, e altura igual à distância entre elas. Assim, o volume de material entre as estacas i e i+1 é dado pela fórmula a seguir: Si + Si+1 V = . d 2 Onde: Si – área da seção de escavação na estaca i Si+1 – área da seção de escavação na estaca i+1 d – distância entre as estacas (normalmente 20 metros) Obs.: Nas seções mistas, as áreas de corte e aterro são determinadas separadamente, bem como seus respectivos volumes. O cálculo dos volumes é apresentado em uma planilha, cujo modelo é apresentado ao final deste Capítulo. Nessa planilha, as áreas e respectivos volumes de corte são classificados em 3 (três) categorias em função da dificuldade de escavação. Os materiais classificados como de 1.ª Categoria são aqueles facilmente escaváveis com os equipamentos normais de escavação (motoscrapers e tratores de lâmina), como os solos residuais maduros. Os materiais classificados como de 2.ª Categoria são mais resistentes que os de 1.ª Categoria, como por exemplo, os solos residuais jovens, requerendo uma operação prévia, denominada ―escarificação‖, que consiste na passagem de uma espécie de arado (ripper) no terreno para soltá-lo, antes da passagem dos equipamentos normais de escavação. Por conseguinte, seu custo de escavação é superior à dos materiais de 1.ª Categoria. Os materiais classificados como de 3.ª Categoria correspondem a rochas duras, que requerem o uso sistemático de explosivos para o seu desmonte. Por isso, seu custo de escavação é superior a todos os demais. A classificação dos materiais a serem escavados, ainda na fase de projeto, é feita a partir do resultado das sondagens efetuadas nos locais de corte. Já na fase de obra, a medição dos serviços de escavação é feita a partir de uma classificação visual dos taludesremanescentes dos cortes, além do acompanhamento das dificuldades encontradas ao longo da sua execução. O preenchimento da planilha é feito estaca por estaca, sendo as Áreas determinadas a partir do desenho das seções transversais, através de planimetria (utilização de instrumento denominado ―planímetro‖) ou outro método matemático aplicável. As colunas correspondentes ao Volume Geométrico são preenchidas pela aplicação da fórmula acima apresentada, colocando-se o resultado na linha correspondente à segunda estaca. As colunas correspondentes ao Volume Geométrico Acumulado são preenchidas meramente somando-se o volume geométrico determinado para a estaca em questão ao volume acumulado correspondente à estaca anterior. Para o preenchimento das colunas correspondentes aos Volumes Homogêneos Acumulados, há que se considerar que o material escavado em um corte, que lá ocupava um volume Vc, ao ser compactado para a execução de um aterro passa a ocupar um volume geralmente menor, que chamaremos Va. Nessas colunas não são considerados os materiais classificados como de 3.ª Categoria, pois eles não são normalmente utilizados para a execução de aterros. A relação entre esses volumes pode ser determinada a partir do conhecimento dos pesos específicos aparentes secos daquele material antes de ser escavado e depois de ser compactado. Psc Psa sc = as = Vc Va Onde: sc – peso específico aparente seco do material antes de ser escavado Psc – peso das partículas sólidas constituintes do volume escavado no corte Vc – volume total (volume das partículas sólidas mais o volume de vazios) do material escavado no corte as – peso específico aparente seco do material depois de ser compactado Psa – peso das partículas sólidas constituintes do volume compactado no aterro Va – volume total (volume das partículas sólidas mais o volume de vazios) do material compactado no aterro Admitindo-se que não há perda de partículas sólidas no transporte do material, desde o local onde foi escavado até o local onde foi compactado, pode-se dizer que Psc e Psa são iguais. Logo: sa sc . Vc = sa . Va Vc = . Va sc Desta forma, para se saber o volume de material a ser escavado num determinado corte para executar um aterro de volume Va, basta multiplicar esse volume pela relação entre os pesos específicos aparentes secos sa e sc, denominada Fator de Conversão. Assim, para o preenchimento das colunas ―Compensação Lateral‖ e ―Bruckner‖, todos os volumes de aterro deverão ser multiplicados pelos Fatores de Conversão correspondentes aos locais onde serão feitas as respectivas escavações. A coluna ―Compensação Lateral‖ será preenchida apenas quando nas colunas correspondentes ao Volume Geométrico existirem volumes de corte e aterro na mesma estaca, ou seja, nas seções mistas. A Compensação Lateral é o volume escavado transportado lateralmente para preencher o aterro contíguo. Por convenção, quando o volume compensado lateralmente for suficiente para completar o aterro, receberá sinal positivo, e, caso contrário, negativo. A coluna ―Bruckner‖ será preenchida calculando-se o volume de material excedente (após a compensação lateral) em cada estaca e somando-se (caso o volume excedente for de corte) ou subtraindo-se (caso o volume excedente for de aterro) ao valor que foi determinado para a estaca anterior. Para que todos os valores dessa coluna sejam positivos, costuma-se atribuir para a estaca zero um valor bastante alto. Obs.: O peso específico aparente seco do material a ser escavado no corte é obtido através do Ensaio de Densidade In Situ, utilizando-se, geralmente, o método do ―Frasco de Areia‖. Já o peso específico do material depois de compactado no aterro é obtido através do Ensaio de Compactação, efetuado em laboratório. 4. DIAGRAMA DE BRUCKNER Com os valores da última coluna da planilha ―Cálculo de Volumes‖ desenhar- se-á um diagrama que auxiliará na definição da forma mais econômica de se executar a terraplenagem de um trecho de rodovia. Tal diagrama possui as seguintes propriedades: 1) Os trechos ascendentes correspondem a cortes e os descendentes, a aterros. 2) Um máximo da poligonal corresponde à passagem de corte para aterro, e um mínimo, de aterro para corte. 3) Linhas horizontais (Linhas Base) que cortam o diagrama definem segmentos de áreas que correspondem a volumes de cortes e aterros compensados. 4) O valor da área de qualquer segmento acima citado corresponde ao valor do momento de transporte correspondente ao volume compensado. 5) As linhas horizontais mais convenientes são aquelas que acarretarão o menor momento global de transporte. Obs.: Volumes de corte não compensados serão destinados a bota-foras e volumes de aterros não compensados necessitarão de empréstimos para completar esses aterros. Obs.: Momento de Transporte é o produto do volume transportado do local de escavação (corte ou empréstimo) até o local de depósito (aterro ou bota-fora) pela distância percorrida para se efetuar esse transporte. Pelo Diagrama de Bruckner pode-se determinar os volumes de escavação (1.ª e 2.ª Categorias) em cada corte disponíveis para compensação longitudinal pela diferença entre as ordenadas do ponto mínimo e do ponto máximo, correspondentes às estacas de início e fim do corte, respectivamente 0 e 10 no caso do corte C1. Ex.: Volume do Corte C1 disponível para fazer aterro VC1 = 10.460.000 – 10.000.000 = 460.000 m 3 Pelo Diagrama de Bruckner, pode-se determinar os volumes que devem ser escavados (1.ª e 2.ª Categorias) para execução de um determinado aterro pela diferença entre as ordenadas do ponto máximo e do ponto mínimo, correspondentes às estacas de início e fim do corte, respectivamente 23 e 28, no caso do aterro A2. Ex.: Volume a ser escavado para executar o Aterro A2 VA2 = 10.610.000 – 10.010.000 = 600.000 m 3 Confirmando a segunda propriedade do Diagrama de Bruckner, verifica-se, ainda, que as estacas 0, 10, 16, 23, 28, 36, 45, 65 e 71, correspondentes aos máximos e mínimos da poligonal, têm cota vermelha nula. Ao se traçarem as Linhas Base na altura das ordenadas 10.140.000 e 10.320.000, são definidos segmentos de áreas que correspondem a cortes e aterros compensados. Os volumes compensados são iguais às diferenças entre as ordenadas dos pontos máximos ou mínimos da poligonal e as ordenadas das Linhas Base, conforme abaixo: Volume compensado entre corte C1 e aterro A1 = 10.460.000 – 10.140.000 = 320.000 m3 Volume compensado entre corte C2 e aterro A2 = 10.610.000 – 10.140.000 = 470.000 m3 Volume compensado entre corte C3 e aterro A2 = 10.140.000 – 10.010.000 = 130.000 m3 Volume compensado entre corte C3 e aterro A3 = 10.680.000 – 10.320.000 = 360.000 m3 Volume compensado entre corte C4 e aterro A4 = 10.770.000 – 10.320.000 = 450.000 m3 Não estão compensados os seguintes volumes, extraídos do Diagrama de Bruckner: Volume não compensado do corte C1 = 10.140.000 – 10.000.000 = 140.000 m3 (VBF1) Volume não compensado do corte C3 = 10.320.000 – 10.140.000 = 180.000 m3 (VBF2 Volume não compensado do aterro A4 = 10.320.000 – 10.200.000 = 120.000 m3 (VE) Os volumes de corte não compensados devem ser destinados a bota-fora e os de aterro devem ser buscados em empréstimos. As áreas S1, S2, S3, S4 e S5 têm os seus valores iguais aos dos momentos de transporte dos respectivos volumes compensados. dV – volume infinitesimal que é transportado daestaca A para a estaca B x – distância de transporte percorrida pelo volume dV x = est B – est A dM dV . x dM – momento de transporte infinitesimal, correspondente ao volume dV A soma de todos os momentos de transporte infinitesimais dM, correspondentes a todos os volumes infinitesimais dV, é igual à área da superfície S, limitada pela poligonal e pela Linha Base, que, por sua vez, é igual ao momento de transporte correspondente ao volume V. O Momento Global de Transporte de uma determinada distribuição de volumes é igual à soma de todas as áreas Si, mais os momentos de transporte dos volumes não compensados. Admitindo-se a posição do Centro de Gravidade do Bota-fora na estaca 17, a 250 metros do lado direito do eixo, e o Empréstimo por alargamento do corte C4 com Centro de Gravidade na estaca média desse corte (estaca 55), a 50 metros do lado esquerdo do eixo, conforme figura abaixo, pode-se dizer que o Momento Global de Transporte da distribuição de volumes correspondente às Linhas Base traçadas na altura das ordenadas 10.140.000 e 10.320.000 é dado por: MG = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + VBF1 . dBF1 + VBF2 . dBF2 + VE . dE Onde: dBF1 – distância do centro de gravidade do corte C1 ao do bota-fora dBF2 – distância do centro de gravidade do corte C3 ao do bota-fora dE – distância do centro de gravidade do empréstimo ao do aterro A4 O cálculo das distâncias percorridas ao bota-fora e ao empréstimo é feito da seguinte forma: Centro de gravidade do corte C1 estaca média do corte C1 estaca 5 Centro de gravidade do bota-fora estaca 17, a 250,00 m do lado direito do eixo dBF1 = (17 + 0,00) – (5 + 0,00) + 250,00 m = 12 x 20,00 + 250,00 = 490,00 m Centro de gravidade do corte C3 estaca média do corte C3 estaca 55 Centro de gravidade do bota-fora estaca 17, a 250,00 m do lado direito do eixo dBF2 = (55 + 0,00) – (17 + 0,00) + 250,00 m = 38 x 20,00 + 250,00 = 1.010,00 m Centro de gravidade do aterro A4 estaca média do aterro A4 estaca 68 Centro de gravidade do empréstimo estaca 55, a 50,00 m do lado esquerdo do eixo dE = (68 + 0,00) – (55 + 0,00) + 50,00 m = 13 x 20,00 + 250,00 = 510,00 m Assim: MG = Si + 140.000 x 490,00 + 180.000 x 1.010,00 + 120.000 x 510,00 Se alterarmos a posição das Linhas Base, os volumes totais dos cortes e aterros não se alteram, mas sim sua distribuição. Por essa nova distribuição, aumentou o volume do corte C1 que vai para bota- fora. No entanto, não há mais volume do corte C3 indo para bota-fora. O volume de empréstimo permaneceu igual. Aumentou a quantidade de áreas Si. Essa nova distribuição acarretará um outro valor para o Momento Global de Transporte. Cada alteração nas Linhas Base corresponderá a um novo valor do Momento Global de Transporte. As Linhas Base mais adequadas são aquelas que correspondem ao menor Momento Global de Transporte, cuja distribuição de volumes acarretará uma terraplenagem mais econômica. A partir do Momento Global de Transporte pode-se determinar a Distância Média Global de Transporte, que é uma referência para se verificar quanto, em média, os equipamentos de transporte terão de se deslocar para executar a terraplenagem planejada. MG DMTG = VCi + VEi Onde: VCi – somatório dos volumes de todos os cortes VEi – somatório dos volumes de todos os empréstimos Obs.: A distância de transporte é um elemento que influi na distribuição de terras, porque não é recomendável compensar cortes e aterros situados além da distância máxima aplicável ao veículo de que se dispõe para o transporte. Tratores de esteira – até 50 m Motoscrapers – até 2.000 m Caminhões – além de 2.000 m 5. ORIENTAÇÃO DE TERRAPLENAGEM Ao se estabelecer, através do Diagrama de Bruckner, a distribuição de volumes mais econômica, esta deverá ser transferida para uma planilha, denominada ―Orientação de Terraplenagem‖, com o objetivo de orientar ao construtor quanto escavar de cada corte ou empréstimo e para onde levar (aterro ou bota-fora). ORIENTAÇÃO DE TERRAPLENAGEM Origem Distância de Transporte (m) Destino Segmento entre Estacas Volume Segmento entre Estacas Finalidade 1.ª Cat. 2.ª Cat. 3.ª Cat. Total Essa planilha será preenchida contemplando todos os volumes escavados nos cortes e empréstimos. Na primeira coluna, são registradas as estacas de início e fim de cada corte ou a localização do centro de gravidade do empréstimo. Cada corte terá tantas linhas quantos forem os destinos do material dele escavado, o mesmo ocorrendo com os empréstimos. Nas colunas relativas a Volume serão anotados os valores obtidos a partir das informações do Diagrama de Bruckner, sendo a divisão por categorias (1.ª e 2.ª) efetuada com base nos dados das sondagens realizadas no trecho em questão. Os volumes correspondentes aos materiais de 3.ª Categoria serão obtidos diretamente da planilha ―Cálculo de Volumes‖, já que eles não são incluídos no Diagrama de Bruckner. Esses volumes são, geralmente, destinados a bota-fora. Nas colunas relativas a Destino, serão anotadas as estacas de início e fim dos aterros para onde irão os materiais, ou a localização do centro de gravidade do bota-fora. Na coluna ―Finalidade‖, será anotado ―Aterro‖ se este for o destino do material considerado. Caso o material se destine a bota-fora, anota-se ―Bota-fora‖ na coluna mencionada. Se o material for proveniente de empréstimo, anota-se ―Empréstimo‖ na coluna mencionada. A coluna relativa à Distância de Transporte será preenchida com a distância entre os centros de gravidade da origem e do destino dos materiais. No caso de cortes e aterros, o centro de gravidade é considerado como sendo a estaca média entre o início e o fim da obra. 6. ESPECIFICAÇÕES 6.1. Serviços Preliminares (Desmatamento, Destocamento e Limpeza) Consiste na remoção total de toda a vegetação e camada de solo orgânico superficial. As árvores devem ser cortadas e seus tocos e raízes removidos. Nessa operação são utilizados, normalmente, tratores de esteira e, quando necessário, moto-serras. Nas áreas além dos ―off-sets‖, até uma distância de 5 metros destes, recomenda- se uma roçada do mato e erradicação de árvores de maior porte que possam vir a oferecer risco à operação da estrada. Para h < 2 metros, é necessário remover a camada orgânica vegetal antes de executar o aterro. Para h > 2 metros, não é necessário remover a camada citada, pois ela não vai influir no comportamento do aterro, bastando cortar a vegetação rente ao chão. 6.2. Fundações do Aterro a) Fundações Normais – quando o terreno aonde vai se apoiar o aterro tem capacidade de suporte suficiente para resistir à carga aplicada, sem deformações significativas, não são necessários outros trabalhos além do desmatamento e limpeza, e aqueles decorrentes da declividade da encosta. 0 % < i < 25 % normalmente nesses casos só são necessárias escarificação e recompactação do terreno nas mesmas condições exigidas para o corpo do aterro, para aumentar a aderência entre o aterro e o terreno natural. 25 % < i < 40 % devem ser executados degraus (com a lâmina do trator), de 2,5 a 3,0 metros de altura, de modo a se conseguir melhor encaixe do aterro no terreno natural. i > 40 % será exigido projetoespecífico para o local, provavelmente com uma obra de contenção. Obs.: Convém lembrar que, em todos os casos, devem ser atentamente observadas surgências de água, presença de pontos de baixo suporte e a configuração de talvegues no local de assentamento do aterro, devendo se tomar as medidas de drenagem e, se for o caso, remoção desses materiais, para perfeito posicionamento da obra. b) Fundações em Solos Compressíveis – quando há a ocorrência de solos de baixa capacidade de suporte em grandes extensões. Pode-se optar pelos seguintes procedimentos: Convivência com os recalques – quando o aterro é de pequena altura e os recalques por adensamento são pequenos (cuidados com o abaulamento transversal da pista e provável necessidade de recomposição do pavimento de tempos em tempos); Remoção da camada compressível (com ―drag-line‖, com explosivos ou expulsão do material compressível com o próprio peso do aterro) – possível quando a espessura dessa camada não for muito grande (necessidade de implantação de colchão drenante até uma altura acima do nível do lençol freático da região); Aceleração dos recalques (sobrecargas, drenos verticais) – medidas possíveis apenas durante a construção do aterro, havendo necessidade de se acompanhar a evolução dos recalques para verificação da correção do projeto (tempo de espera pode ultrapassar 6 meses); Bermas de Equilíbrio – aplicadas quando há risco de ruptura da fundação (construção do aterro por etapas, cada uma com altura menor que a crítica). 4 . c hcrít = Onde: c – coesão da camada compressível - peso específico do aterro 6.3. Cortes a) Em rocha Nos cortes em rocha, pela dificuldade em se escavar regularmente o fundo da escavação de modo a conformar a plataforma de terraplenagem e, também, para homogeneizar o projeto do pavimento, costuma-se elaborar o plano de detonação de modo a avançar além do greide, preenchendo-se esse espaço com material selecionado. b) Em solo Nos cortes em solo onde o material constituinte do fundo da escavação não tem capacidade de suporte suficiente, costuma-se avançar além do greide, substituindo-se o solo removido por material selecionado. 6.4.Bota-foras Além dos materiais classificados como de 3.ª Categoria e aqueles excedentes da distribuição definida pelo Diagrama de Bruckner, outros também são destinados a bota- fora, por apresentarem características indesejáveis para a estrada. Materiais de baixo suporte (depende do estudo do subleito); Materiais com expansão superior a 4 %; Materiais com Limite de Liquidez muito elevado (conservam muito tempo a umidade). Cuidados especiais também devem ser tomados quando do depósito de materiais nos bota-foras, de modo a mantê-los estáveis e não causar danos ambientais. 6.5.Empréstimos Na escavação de empréstimos, cuidados devem ser tomados para que não seja causada uma situação de instabilidade na obra e nos terrenos vizinhos. 6.6.Aterros Os aterros devem ser executados em camadas que variam com o equipamento empregado na compactação. Em média, são lançadas camadas com cerca de 30 cm de espessura, para que, depois de compactadas, fiquem com cerca de 15 cm. As camadas mais superiores dos aterros recebem maiores cuidados na seleção dos materiais a serem utilizados, bem como na sua compactação, por comporem a fundação do pavimento. O material do corpo do aterro não poderá apresentar expansão superior a 4 % no ensaio específico. Essa parte do aterro deverá ser compactada até atingir um Grau de Compactação igual ou superior a 95 % do Proctor Normal, ou seja, o peso específico aparente seco atingido no campo deverá ser igual ou superior a 95 % do peso específico seco máximo obtido no ensaio de compactação realizado com o material a ser utilizado no aterro, efetuado com energia de compactação correspondente ao do Proctor Normal. O material da camada final não poderá apresentar expansão superior a 2 % no ensaio específico. Essa parte do aterro deverá ser compactada até atingir um Grau de Compactação igual ou superior a 100 % do Proctor Normal, ou seja, o peso específico aparente seco atingido no campo deverá ser igual ou superior a 100 % do peso específico seco máximo obtido no ensaio de compactação realizado com o material a ser utilizado no aterro, efetuado com energia de compactação correspondente ao do Proctor Normal. O aterro deverá ser compactado com teor de umidade em torno da umidade ótima obtida no ensaio de compactação realizado com o material a ser utilizado (tolerância de 2%). Os materiais a serem utilizados nos aterros não poderão conter matéria orgânica. smáx – peso específico seco máximo hot – umidade ótima s campo GC = x 100 % s máx Onde: GC – grau de compactação s campo – peso específico aparente seco determinado no campo pelo Ensaio de Densidade In Situ s máx – peso específico seco máximo determinado em laboratório pelo Ensaio de Compactação O controle tecnológico (grau de compactação e umidade) do aterro deverá ser realizado numa freqüência que depende da camada em execução. Corpo do aterro – a cada 1.000 m3 compactados Camada final – a cada 200 m3 compactados Com relação ao controle geométrico do aterro, admite-se uma tolerância nas cotas do greide de mais ou menos 5 cm. Com relação à largura da plataforma, a tolerância é apenas para mais 30 cm. CAPÍTULO VII – DRENAGEM 7. GENERALIDADES Drenagem é o conjunto de dispositivos e providências adotados para controle e condução das águas que possam interferir na estrada. 1.1. Efeitos Nocivos da Água a) Alagamento (embebição do solo fino) Redução da resistência ao cisalhamento do solo, com conseqüente perda de suporte, o que ocasiona depressões indesejáveis ou escorregamentos de massas dos taludes; Variação de volume de alguns tipos de solos ditos expansivos; Aumento do peso do solo nos taludes, o que contribui para deslizamentos inesperados; Produção de força ascencional devido a pressões hidrostáticas transmitidas pela passagem dos veículos (formação de bolsões de lama no lastro de ferrovias e ruptura do pavimento rígido de rodovias). b) Ação Dinâmica (erosão) Falta de apoio para a superestrutura de ferrovias, comprometendo a estabilidade da linha; Destruição dos taludes de cortes e aterros. c) Diminuição da Velocidade do Fluxo de Água (assoreamento) Entupimento das obras de drenagem pelas partículas de solo carreadas pela água; Soterramento da própria via, com sério perigo para o tráfego. 1.2. Medidas para Evitar os Problemas Causados pela Água a) Para Evitar o Alagamento Escolha da posição do traçado no terreno, de forma a não se ficar com o greide abaixo das depressões naturais; Dimensionamento criterioso das seções de vazão das estruturas de drenagem superficial; Previsão de drenagem profunda ou subterrânea nos cortes em que for constatada a presença de lençol freático, a fim de diminuir o teor de umidade do solo; Execução de drenos cegos em aterros sobre nascentes de água, para facilitar seu escoamento; Abaulamento da plataforma para propiciar o rápido escoamento lateral das águas pluviais; b) Para minimizar o Efeito da Erosão Escoamento das águas por canais e condutos com controle de vazão, sendo adotadas declividades coerentes com a resistência à velocidade de escoamentodo material constituinte dos canais; Revestimento dos taludes com gramíneas e/ou leguminosas, pedra (enrocamentos), material betuminoso, concreto projetado, etc; A partir de determinada altura dos taludes, compartimentação destes com banquetas; Não se deve devolver o fluxo de água ao terreno natural vizinho da estrada, sem que se tenha amortecido convenientemente sua velocidade; Cuidados especiais devem ser tomados também com empréstimos e bota-foras. c) Medidas Contra o Assoreamento Ação meticulosa do serviço de conservação, com limpeza constante das sarjetas, valetas, valas e bueiros. 8. DRENAGEM SUPERFICIAL É o conjunto de dispositivos e providências implantados para captar e/ou facilitar o escoamento, para fora dos limites da estrada, das águas que se encontram na superfície do terreno. Abaulamento da plataforma (função da rugosidade do revestimento das pistas de rolamento); Inclinação dos acostamentos (5 %) e das banquetas (3 a 4 %); Valetas de proteção das cristas dos cortes ou dos pés dos aterros, constituídas por canais longitudinais que se destinam a interceptar as águas dos terrenos vizinhos que afluam ao corpo estradal, podendo ser revestidos por grama ou concreto, conforme a declividade; Sarjetas, geralmente executadas em concreto, que são implantadas para conduzir as águas nas laterais das plataformas ou nas banquetas dos taludes, levando-as para fora da estrada; Corta-Rios, que são valetas destinadas a afastar um curso d‘água do terreno onde será implantada a estrada; Descidas d‘Água, constituídas por estruturas especiais que conduzem as águas das sarjetas e valetas em encostas com declividades acentuadas, de forma a não provocar erosão; Bacias de Dissipação, cuja finalidade é amortecer um fluxo d‘água que escoe no regime rápido, proporcionando a perda de energia necessária para que esse fluxo passe a escoar em regime compatível com a resistência da calha natural que irá recebê-lo; Bacias de Captação, que são áreas construídas à montante de estruturas de drenagem, destinadas a facilitar a entrada da água (quando se deseja captar as águas para uma estrutura com a boca de montante enterrada, utiliza-se uma Caixa Coletora); Sangradouros, consistindo de drenos implantados em camadas impermeáveis do pavimento, ou mesmo do acostamento, ou em cortes de pequena altura e grande extensão; Bueiros, Pontilhões e Pontes, que são estruturas de drenagem destinadas a dar continuidade aos cursos d‘água, perenes ou intermitentes, interceptados transversalmente pela estrada. 9. DRENAGEM PROFUNDA É o conjunto de elementos instalados no interior do subleito ou dos taludes dos cortes, destinado a interceptar o escoamento da água subterrânea e rebaixar o lençol freático existente, de forma a evitar que a franja capilar atinja a plataforma ou que prejudique a capacidade de suporte do subleito. Drenos Profundos Longitudinais, que são, geralmente, valas de profundidade mínima de 1,50 metros, por 50 cm de largura, posicionadas longitudinalmente abaixo dos bordos da plataforma, e afastadas do fundo das sarjetas de corte para não permitir a infiltração de águas superficiais no dreno; Drenos Sub-horizontais, que se constituem de furos, geralmente de 3 (três) polegadas de diâmetro, abertos no maciço, nos quais são introduzidos tubos de PVC perfurados (diâmetro de 2‖), envoltos com tela de nylon (dupla camada) ou geotêxtil para não entupirem, inclinados de cerca de 5º com a horizontal para facilitarem o escoamento da água. Drenos Profundos Transversais (―espinhas de peixe‖), que são utilizados quando os drenos Profundos longitudinais não são suficientes para rebaixar o nível do lençol freático; Os drenos ―espinha de peixe‖ são inclinados de 45º a 60º em relação ao eixo, com profundidade de 0,40 a 0,60 m, e declividade igual a da plataforma, espaçados a cada 10 a 20 metros. São ligados aos drenos profundos longitudinais e preenchidos com o mesmo material filtrante, sendo complementados com selo de argila. Colchão Drenante, que consiste numa camada de material granular, colocada para impedir que a água ascenda por capilaridade; Drenos Cegos, que consistem em pacotes de material drenante envolvido por geotêxtil, implantados em talvegues ou surgências de água que serão cobertos por aterro. 10. PROJETO DE DRENAGEM 4.1. Definições a) Bacia de Contribuição – é a região do terreno, geralmente limitada pelos divisores de água e pela própria obra em questão, que contribuirá com água para o dispositivo de drenagem. As bacias são classificadas segundo as suas áreas de contribuição: Bacias Pequenas – áreas até 1,0 km2; Bacias Médias – áreas compreendidas entre 1,0 e 10,0 km2; Bacias Grandes – áreas superiores a 10,0 km2. b) Intensidade de Chuva – é a velocidade de precipitação. Ao se analisar um pluviograma obtido de um pluviógrafo, verifica-se que a intensidade de uma precipitação é variável ao longo do intervalo de tempo considerado. Daí, toma-se a intensidade máxima média, que é o quociente da altura pluviométrica obtida em determinado intervalo de tempo. Têm-se assim intensidades variáveis conforme se considerem as durações de 5, 15, 30, 60 minutos, etc. P i = t Onde: i – intensidade de chuva, em mm/h P – altura pluviométrica, em mm t – duração da precipitação, em h Tais fatos permitem estabelecer relações empíricas do tipo a seguir, para diferentes regiões, correlacionando-se a intensidade, a duração e o tempo de recorrência. a . Tr n i = (t + b) m Onde: i – intensidade de chuva (mm/h); Tr – tempo de recorrência (anos); t – duração da precipitação (min); a, b, m, n – parâmetros locais. A partir dessa expressão, pode ser traçada uma curva intensidade x tempo de duração x tempo de recorrência. Obs.: Geralmente, considera-se o tempo de duração da chuva igual ao tempo de concentração da bacia para um determinado tempo de recorrência. Com efeito, da conformidade do conceito teórico de tempo de concentração de uma bacia, para uma chuva de determinada intensidade, a máxima contribuição ocorrerá no instante em que a última porção de água precipitada que se escoa atinge a seção em estudo. Portanto, contando o tempo desde o início da precipitação, ter-se-á a máxima contribuição da bacia no instante em que se chegar ao tempo de concentração, para a intensidade considerada, Do estudo das precipitações constatam-se os seguintes princípios: A intensidade máxima média decresce com o tempo de duração da precipitação. As precipitações são tanto mais raras quanto mais intensas. c) Tempo de Recorrência – é uma grandeza estatística que indica o intervalo de tempo em que uma chuva de determinada intensidade será igualada ou ultrapassada (expresso em anos). O tempo de recorrência a ser adotado depende da importância do dispositivo de drenagem que está sendo dimensionado. Sarjetas e valetas – 5 a 20 anos Bueiros – 20 a 50 anos Bueiros especiais, pontilhões e pontes – 30 a 100 anos d) Tempo de Concentração – é o tempo decorrido entre o início da precipitação e o instante em que toda a bacia estiver contribuindo para a seção em estudo, supondo que a precipitação ocorra com intensidade constante ao longo de toda a área da bacia. O tempo de concentração de uma baciahidrográfica pode ser dado pela Fórmula de George Ribeiro, cuja expressão é a seguinte: 16 . L tc = (1,05 – 0,2.p) . (100.I)0,04 Onde: tc – tempo de concentração (min); L – extensão do talvegue (km); p – porcentagem da bacia coberta por vegetação (%); I – declividade média do talvegue (m/m); e) Coeficiente de Escoamento ou de Deflúvio (Run-Off) – é a relação entre o volume de água escoado superficialmente e o precipitado. Seu valor depende do tipo de solo, da cobertura vegetal e da declividade média da bacia. COEFICIENTE DE ESCOAMENTO – RUN-OFF Cobertura Vegetal Valores de C Declividade D Forte (D>12%) Alta (12%>D>5%) Média (5%>D>2%) Suave (2%>D>0%) Sem vegetação 0,85 – 0,95 0,75 – 0,50 0,95 – 0,40 0,95 – 0,35 Campo natural (vegetação baixa) 0,70 – 0,50 0,60 – 0,40 0,50 – 0,30 0,45 – 0,25 Arbusto cerrado (veget. média) 0,65 – 0,45 0,55 – 0,40 0,45 – 0,30 0,40 – 0,25 Mata (vegetação densa) 0,60 – 0,40 0,50 – 0,35 0,40 – 0,25 0,35 – 0,20 Cultivado, lavoura (não em curva de nível) - 0,40 – 0,35 0,35 – 0,25 0,30 – 0,20 COEFICIENTE DE ESCOAMENTO – RUN-OFF Discriminação C Revestimento de concreto de cimento Portland 0,70 a 0,90 Revestimento betuminoso 0,80 a 0,95 Revestimento primário 0,40 a 0,60 Solos sem revestimento com baixa permeabilidade 0,40 a 0,65 Solos sem revestimento com permeabilidade moderada 0,10 a 0,30 Taludes gramados 0,50 a 0,70 Prados e campinas 0,10 a 0,40 Áreas florestais 0,10 a 0,25 Terrenos cultivados em zonas altas 0,15 a 0,40 Terrenos cultivados em vales 0,10 a 0,30 4.2. Dimensionamento de Estruturas de Drenagem a) Fase Hidrológica Nessa fase é determinada a Vazão de Contribuição, ou seja, a vazão para a qual será dimensionado o dispositivo de drenagem. Essa vazão pode ser determinada por fórmulas empíricas (Iszkowski, Burkli-Ziegler, Talbot), métodos estatísticos, métodos hidrometeorológicos, Método do Hidrograma Triangular Unitário, ou pelo Método Racional (para pequenas e médias bacias). Método Racional: Pequenas Bacias (até 1,0 km2) Qproj = 0,278 C . i . A Onde: Qproj – descarga de projeto, em m 3 /s; 0,278 – fator de conversão de unidades; C – coeficiente de escoamento, adimensional; i – intensidade média da precipitação sobre toda a área drenada, em mm/h; A – área da bacia de contribuição, em km2 Bacias Médias (de 1,0 a 10,0 km2) Qproj = 0,278 C . i . A 0,9 b) Fase Hidráulica Nessa fase é feita a escolha da seção de vazão da estrutura de drenagem, verificando sua adequação. Para dispositivos de drenagem em forma de canal, a velocidade de fluxo é dada pela Fórmula de Manning: RH 2/3 . I 1/2 V = n Onde: V – velocidade do fluxo de água, em m/s; RH – raio hidráulico, em m; I – declividade média do canal, em m/m; n – rugosidade das paredes do canal (Coeficiente de Manning) S RH = P P – perímetro molhado COEFICIENTE DE MANNING Superfície n Madeira bem aplainada 0,009 Concreto acabado 0,012 Tubo de cerâmica vitrificada e de concreto, alvenaria de tijolos média e madeira não aplainada 0,015 Concreto rugoso, alvenaria de qualidade inferior, boa alvenaria de pedra tosca 0,017 Terra nua, pedra tosca 0,021 Leivas e ervas 0,025 VELOCIDADE MÁXIMA PERMITIDA DA ÁGUA Cobertura Superficial V (m/s) Grama comum firmemente implantada 1,50 a 1,80 Tufos de grama com solo exposto 0,60 a 1,20 Argila 0,80 a 1,30 Argila coloidal 1,30 a 1,80 Lodo 0,35 a 0,85 Areia fina 0,30 a 0,40 Areia média 0,35 a 0,45 Cascalho fino 0,50 a 0,80 Silte 0,70 a 1,20 Alvenaria de tijolos 2,50 Concreto de cimento Portland 4,50 Aglomerados resistentes 2,00 Revestimento betuminoso 3,00 a 4,00 Para dispositivos de drenagem em forma de canal, a vazão admissível será dada pela Fórmula de Manning associada à equação da continuidade da hidráulica dada por: Q = V . S S . RH 2/3 . I 1/2 Qadm = n Onde: S – área da seção molhada do canal, em m2; V – velocidade do fluxo d‘água; Qadm – vazão admissível do canal, em m 3 /s. Roteiro para Dimensionamento de Canais (sarjetas, canaletas, valetas, etc.): Fixar o tipo de seção a ser adotada (projetos já existentes); Determinar a declividade média do canal; Fixar a velocidade máxima admissível, tendo em vista o revestimento escolhido e, conseqüentemente, o coeficiente de rugosidade; Determinar o bordo livre (folga) do canal, que é a distância vertical do topo do canal à superfície da água na condição de projeto, como segurança ao transbordamento, de acordo com as seguintes indicações (canais revestidos): BORDO LIVRE Vazão (m 3 /s) f (cm) Até 0,25 10 0,25 a 0,56 13 0,56 a 0,84 14 0,84 a 1,40 15 1,40 a 2,80 18 Acima de 2,80 20 Outro critério é o de se adotar 10 % da altura do canal; Estabelecer as dimensões da seção de vazão e calcular os respectivos elementos hidráulicos da seção (perímetro molhado, área molhada e raio hidráulico), determinando-se a velocidade e a vazão admissível do canal; Comparar a vazão admissível com a de projeto. O canal adequado deverá apresentar Qadm > Qproj; Verificar se a velocidade de escoamento é compatível com a resistência à erosão do material constituinte do canal. O revestimento adequado deverá apresentar Vadm > V. c) Fase Estrutural Nessa fase é feito o dimensionamento estrutural do dispositivo de drenagem, principalmente daqueles sujeitos a esforços decorrentes da passagem de veículos ou que vão suportar empuxos de terra ou de água. 11. BUEIROS 5.1. Objetivo e Características Os bueiros de uma estrada são galerias executadas cruzando o eixo da via, com o objetivo de possibilitar o escoamento das águas de montante para jusante da obra. São compostos por bocas e corpo. Corpo é a parte situada sob a plataforma dos cortes ou aterros (bueiros de greide) e sob os corpos dos aterros (bueiros de grota). As bocas constituem os arremates, à montante e à jusante, e são compostas de soleira, muro de testa e alas. No caso do nível de entrada d‘água na boca de montante estar situado abaixo da superfície do terreno natural, a referida boca deverá ser substituída por uma caixa coletora. 5.2. Classificação a) Quanto à Forma da Seção Tubulares – seção circular; Celulares – seção retangular ou quadrada; Especiais – seção diferente das anteriores Obs.: Os bueiros metálicos corrugados (tipo ARMCO) apresentam uma gama maior de formas e dimensões, entre elas: circular, lenticular, elíptica e arcos semicirculares ou compostos, onde a curva da abóbada não obedece a apenas um raio de curvatura. b) Quanto à Esconsidade A esconsidade é definida pelo ângulo formado entre o eixo longitudinal do bueiro e a normal ao eixo longitudinal da rodovia. A esconsidade é à direita, se a normal ao eixo da rodovia estiver à direita do eixo longitudinal do bueiro, e à esquerda, caso contrário. Normais – eixo longitudinal do bueiro coincide com a normal ao eixo da rodovia; Esconsos – eixo longitudinal do bueiro faz um ângulo diferente de zero com a normal ao eixo da rodovia. c) Quanto ao Número de Linhas Simples – apenas uma linha de tubos, células, etc.; Duplos – duaslinhas; Triplos – três linhas. Nomenclatura: BSTC – bueiro simples tubular de concreto; BDTC – bueiro duplo tubular de concreto; BTTC – bueiro triplo tubular de concreto; BSCC – bueiro simples celular de concreto; BDCC – bueiro duplo celular de concreto; BTCC – bueiro triplo celular de concreto. d) Quanto ao Material Concreto Simples; Concreto Armado; Chapa Metálica Corrugada. 5.3. Projeto do Bueiro a) Levantamento Topográfico O projeto é precedido de um levantamento topográfico adequado, com curvas de nível de metro em metro. Sobre a planta resultante deverá ser projetado o bueiro. b) Pesquisa de Declividade e Estudos Geotécnicos Ao ser escolhida a posição mais recomendável para o bueiro, deve ser levada em conta a condição de que, normalmente, a declividade de seu corpo deve variar entre 0,4 e 5 %. Quando essa declividade for superior a 5 %, o bueiro deve ser projetado em degraus e ter o berço com dentes de fixação no terreno. Quando a velocidade da boca de jusante for superior à recomendada para a natureza do terreno natural existente, devem ser previstas bacias de amortecimento. c) Fundações Os estudos geotécnicos devem ser feitos através de sondagens, se necessário, para avaliação da capacidade de suporte do terreno natural, principalmente nos casos de aterros altos e nos locais de presumível presença de solos compressíveis. Os bueiros tubulares de concreto podem, quanto às fundações, ter soluções mais simples, com assentamento direto no terreno natural (apenas com uma ligeira acomodação cilíndrica) ou em valas de altura média igual ao seu diâmetro. Pode ser necessária uma base de concreto magro, para uma melhor adaptação ao terreno natural. 5.4. Dimensionamento Em termos hidráulicos, os bueiros podem ser dimensionados como canais, vertedouros ou orifícios, sendo a escolha da forma de dimensionamento dependente do bueiro poder ou não trabalhar com carga hidráulica à montante (função do tempo de recorrência, classe da rodovia e sua repercussão econômica). Essa decisão é tomada pelo projetista, levando em consideração a possibilidade dessa sobrecarga afetar a segurança do corpo estradal devido à altura do greide, ou de provocar inundações à montante. Nesse caso, o bueiro deverá trabalhar como canal, sem carga hidráulica. Por outro lado, caso a elevação do nível d‘água à montante não traga nenhum risco ao corpo estradal ou a terceiros, o bueiro pode ser dimensionado como orifício, respeitando-se, evidentemente, a cota do nível d‘água máximo à montante. Além desses procedimentos, o bueiro pode ser dimensionado utilizando-se o método alternativo constante na Circular n.º 5 do ―Bureau of Public Roads – USA‖ que, baseado em ensaios de laboratório e observações de campo, desenvolveu uma nova metodologia para o dimensionamento de bueiros, com ou sem carga hidráulica, apoiado na pesquisa da posição do nível d‘água à montante e à jusante da obra. Segundo essa Circular, os bueiros são divididos, quanto ao fluxo, em dois tipos, abaixo especificados. a) Com Controle de Entrada Controle de entrada significa que a capacidade de descarga do bueiro é controlada em sua entrada, pela profundidade da água represada à montante (Hw), pela geometria da boca de entrada e pela seção transversal do conduto. As relações represamento/altura ou diâmetro do bueiro (Hw / D), para os bueiros com controle de entrada, foram obtidas através de pesquisas em modelos nos laboratórios, e verificadas, em alguns casos, com protótipos. Essas pesquisas foram analisadas e serviram de base para a confecção de nomogramas que permitem determinar a capacidade dos bueiros com controle de entrada. Eles dão a altura da água represada (Hw), que é o elemento que deve limitar a capacidade da obra. Em outras palavras, o bueiro com controle de entrada deve ter seção transversal mínima e condições de boca que lhe permita escoar a vazão desejada com o máximo de represamento adotado para projeto. b) Com Controle de Saída Se o escoamento à montante é influenciado pelas condições de escoamento à jusante, diz-se que deve ser realizado o dimensionamento com controle de saída. Essa situação ocorre quando o nível d‘água de jusante tem pequena diferença para o nível d‘água de montante ou quando as perdas no interior do conduto conduzem a um escoamento no regime lento, com tirante superior ao tirante crítico. Não será abordado aqui esse tipo de dimensionamento. 5.5. Roteiro para Dimensionamento a) Cálculo da Vazão de Projeto Para pequenas e médias bacias pode-se adotar o Método Racional: Pequenas Bacias (até 1,0 km2) Qproj = 0,278 C . i . A Onde: Qproj – descarga de projeto, em m 3 /s; 0,278 – fator de conversão de unidades; C – coeficiente de escoamento, adimensional; i – intensidade média da precipitação sobre toda a área drenada, em mm/h; A – área da bacia de contribuição, em km2 Bacias Médias (de 1,0 a 10,0 km2) Qproj = 0,278 C . i . A 0,9 b) Escolha do Bueiro Tomam-se as Tabelas ―Vazão, Velocidade e Declividade Crítica de Bueiros Tubulares e Celulares de Concreto como Canal‖. VAZÃO, VELOCIDADE E DECLIVIDADE CRÍTICA DE BUEIROS TUBULARES DE CONCRETO TRABALHANDO COMO CANAL TIPO DIÂMETRO (m) ÁREA MOLHADA CRÍTICA (m 2 ) VAZÃO CRÍTICA (m 3 /s) VELOCIDADE CRÍTICA (m/s) DECLIVIDADE CRÍTICA (%) BSTC 0,60 0,22 0,43 1,98 0,88 BSTC 0,80 0,39 0,88 2,29 0,80 BSTC 1,00 0,60 1,53 2,56 0,74 BSTC 1,20 0,87 2,42 2,80 0,70 BSTC 1,50 1,35 4,22 3,14 0,65 BDTC 1,00 1,20 3,07 2,56 0,74 BDTC 1,20 1,73 4,84 2,80 0,70 BDTC 1,50 2,71 8,45 3,14 0,65 BTTC 1,00 1,81 4,60 2,56 0,74 BTTC 1,20 2,60 7,26 2,80 0,70 BTTC 1,50 4,06 12,67 3,14 0,65 Escolher o bueiro cuja vazão crítica seja imediatamente superior à Vazão de Projeto (Qproj); Determinar a declividade crítica correspondente através da tabela (Icrít); Comparar a declividade crítica com a declividade do bueiro: cot M – cot J I = L Onde: I – declividade do bueiro (m/m); cot M – cota da soleira da boca de montante (m); cot J – cota da soleira da boca de jusante (m); L – comprimento do bueiro em planta (m). A declividade do bueiro deve ser maior ou igual à declividade crítica para o escoamento se dar no regime rápido ou crítico, para o bueiro funcionando como canal. VAZÃO, VELOCIDADE E DECLIVIDADE CRÍTICA DE BUEIROS CELULARES DE CONCRETO TRABALHANDO COMO CANAL TIPO BASE x ALTURA (m x m) ÁREA MOLHADA CRÍTICA (m 2 ) VAZÃO CRÍTICA (m 3 /s) VELOCIDADE CRÍTICA (m/s) DECLIVIDADE CRÍTICA (%) BSCC 1,0 x 1,0 0,67 1,71 2,56 0,78 BSCC 1,5 x 1,5 1,50 4,70 3,14 0,68 BSCC 2,0 x 1,5 2,00 6,26 3,14 0,56 BSCC 2,0 x 2,0 2,67 9,64 3,62 0,62 BSCC 2,0 x 2,5 3,33 13,48 4,05 0,69 BSCC 2,0 x 3,0 4,00 17,72 4,43 0,76 BSCC 2,5 x 2,5 4,17 16,85 4,05 0,58 BSCC 3,0 x 1,5 3,00 9,40 3,14 0,44 BSCC 3,0 x 2,0 4,00 14,47 3,62 0,47 BSCC 3,0 x 2,5 5,00 20,22 4,05 0,51 BSCC 3,0 x 3,0 6,00 26,58 4,43 0,54 BDCC 2,0 x 1,5 4,00 12,53 3,14 0,56 BDCC 2,0 x 2,0 5,33 19,29 3,62 0,62 BDCC 2,0 x 2,5 6,67 26,96 4,05 0,69 BDCC 2,0 x 3,0 8,00 35,44 4,43 0,76 BDCC 2,5 x 2,5 8,33 33,70 4,05 0,58 BDCC 3,0 x 1,5 6,00 17,79 3,14 0,44 BDCC 3,0 x 2,0 8,00 28,93 3,62 0,47 BDCC 3,0 x 2,5 10,00 40,44 4,05 0,51 BDCC 3,0 x 3,0 12,00 53,16 4,43 0,54 BTCC 2,0 x 2,0 8,0028,93 3,62 0,62 BTCC 2,0 x 2,5 10,00 40,44 4,05 0,69 BTCC 2,5 x 2,5 12,50 50,55 4,05 0,58 BTCC 3,0 x 2,0 12,00 43,40 3,62 0,47 BTCC 3,0 x 2,5 15,00 60,66 4,05 0,51 BTCC 3,0 x 3,0 18,00 79,73 4,43 0,54 c) Verificação da Velocidade Dado que se conhece a declividade do bueiro (I) e sua seção, deve-se verificar se aquela não provocará erosão do material constituinte do bueiro, que no caso do concreto é igual a 4,5 m/s. Caso a velocidade seja superior, dever-se-á reposicionar o bueiro, diminuindo-se sua declividade, ou mudar o tipo de material constituinte deste ou mesmo sua geometria. Em alguns casos, poder-se-á especificar um aumento da espessura da estrutura de concreto do bueiro para compensar a erosão provocada pela água. RH 2/3 . I 1/2 V = < 4,5 m/s n d) Verificação do Controle de Entrada Tomam-se os Nomogramas ―Profundidade da Carga Hidráulica à Montante para Bueiros de Tubo de Concreto ou em Célula de Concreto com Controle de Entrada‖, utilizados como indicado abaixo. Bueiros Tubulares (D – diâmetro do bueiro) Bueiros Celulares (D e B – altura e largura do bueiro) e) Verificação da Sobrecarga A sobrecarga na boca de montante não pode ser superior a 1,0 metro. Hw – D < 1,0 m 12. PONTILHÕES E PONTES Os pontilhões e as pontes são obras utilizadas para transposição de talvegues nos casos em que, por imposição da descarga de projeto ou do greide projetado, não possam ser construídos bueiros. 6.1. Determinação do Comprimento Mínimo do Pontilhão ou da Ponte NMC – Nível Máximo de Cheia t – Tirante hmáx – Altura da lâmina d‘água máxima para a chuva selecionada Lmín – Comprimento mínimo da ponte a) Determinação da Descarga de Projeto É obtida pelos estudos hidrológicos, levando em conta o tempo de recorrência adotado e os métodos de cálculo recomendados para o caso, de preferência os estatísticos, sempre que possível. b) Determinação da Declividade Média do Leito do Rio É obtida dividindo-se a diferença de cotas entre dois pontos e a distância entre eles. Esses pontos devem estar distantes, no mínimo, de 200 metros, sendo um à montante e outro à jusante do eixo da rodovia, do qual devem distar 100 metros cada um. c) Levantamento das Seções Normais ao Curso do Rio Deve ser feito no local da travessia pelo eixo da rodovia, à montante e à jusante. d) Fixação do Coeficiente de Manning Feita após inspeção local para observar o tipo de material constituinte das margens do rio, examinando-se, em seguida, uma tabela própria. e) Determinação da Cota Máxima de Cheia Para cada valor da altura da lâmina d‘água ―h‖, haverá uma Área Molhada (S), um Perímetro Molhado (P) e, em conseqüência, um Raio Hidráulico (RH) e uma Vazão (Q). S . RH 2/3 . I 1/2 Q = n Para qualquer valor de ―h‖, portanto, ter-se-á: Q . n S . RH 2/3 = I 1/2 Como a Área Molhada e o Perímetro Molhado da seção são função de ―h‖, pode-se traçar um gráfico h x S.RH 2/3 . a + (h/tg + a + h/tg) S = . h S = a . h + h2/2 .(1/tg + 1/tg) 2 P = h / sen + a + h / sen P = a + h.(1/sen + 1/sen) f) Determinação do Comprimento Mínimo Admitindo-se que a seção do rio atravessado é trapezoidal, tem-se que: Lmín = a + (hmáx + t).(1/tg + 1/tg) O valor do tirante ―t‖ é normalmente tomado igual a 2,0 metros. Exercícios: 1. Na elaboração de um projeto de uma rodovia, ficou sob a sua responsabilidade o dimensionamento hidráulico da drenagem superficial. As características de um trecho em corte, que começa na estaca 96 + 5,00 e termina na estaca 101 + 5,00, são dadas no quadro abaixo: Cota do greide na estaca 96 + 5,00 – 23,10 m; Cota do greide na estaca 101 + 5,00 – 24,10 m; Largura da pista, incluindo acostamento – 13,00 m; Revestimento da pista – concreto asfáltico; Taludes revestidos com grama, com inclinação de 1:1 (H:V); Área de contribuição de cada lado do corte – 0,001 km2;; Sarjetas e valetas revestidas de concreto; Declividade das sarjetas igual a do greide da estrada; Tempo de Concentração inferior a 5 min. Para o cálculo da vazão de projeto de cada sarjeta, deve-se adotar o Método Racional, que considera uma chuva com tempo de duração igual ao tempo de concentração da bacia, para um determinado tempo de recorrência. O tempo de concentração mínimo adotado para este caso é de 5 minutos e o tempo de recorrência, de 10 anos. Para a região do projeto, os estudos hidrológicos apresentaram os seguintes valores de intensidade de precipitação em função da duração da chuva: Sabendo que o coeficiente de escoamento para revestimento com grama é de 0,6 e para revestimento com concreto asfáltico é 0,9, e adotando-se o coeficiente de rugosidade do concreto das sarjetas igual a 0,017, determine: a) se as saídas das sarjetas do corte deverão ficar próximas da estaca 96 ou da estaca 101 e justifique; b) se a descarga de dimensionamento de cada sarjeta será superior a 0,07 m3/s, justificando numericamente; c) se uma canaleta de seção quadrada de 0,70 x 0,70 cm, com uma folga de 10% da sua altura, é capaz de escoar essa descarga de projeto; d) o reflexo na descarga de dimensionamento de cada sarjeta se o tempo de concentração aumentar para 10 minutos; e) a influência na altura de água no interior da sarjeta diminuindo-se sua declividade, considerando a geometria da sarjeta constante e o tempo de concentração inalterado. Solução: a) Cota na estaca 96 + 5,00: 23,10 m Cota na estaca 101 + 5,00: 24,10 m Logo, como a saída da sarjeta deve ficar junto ao ponto mais baixo, isto ocorrerá próximo à estaca 96. b) Como os revestimentos do talude do corte e do pavimento são diferentes, deve-se considerar que a bacia de contribuição da sarjeta do lado esquerdo, que será considerada igual à do lado direito, será dividida em duas, conforme indicado abaixo: O valor de A1 é igual a 0,001 km 2 (dado do problema), e o de A2 será obtido lembrando que o corte começa na estaca 96 + 5,00 e termina na estaca 101 + 5,00, tendo, portanto, 5 estacas de comprimento, ou seja, 100 m. A2 = 100 x 6,5 = 650 m 2 = 0,00065 km 2 A intensidade de chuva a ser adotada é obtida do gráfico, para uma duração de 5 minutos e um tempo de recorrência de 10 anos. Logo, i = 150 mm/h. Qproj = 0,278 x (0,9 x 0,00065 + 0,6 x 0,001) x 150 Qproj = 0,049 m 3 /s < 0,07 m 3 /s c) A vazão admissível de uma canaleta de 0,70 x 0,70 cm, com folga de 10% de sua altura, é dada pela fórmula: S . RH 2/3 . I 1/2 Qadm = n S = 0,63 x 0,70 = 0,441 m 2 P = 2 x 0,63 + 0,70 = 1,96 m RH = 0,441 / 1,96 = 0,225 m cot M – cot J I = L L = (101 + 5,00) – (96 + 5,00) = 5 + 0,00 = 100,00 m 24,10 – 23,10 I = = 0,01 m/m 100 0,441 x 0,225 2/3 x 0,01 1/2 Qadm = = 0,956 m 3 /s > 0,054 m 3 /s OK 0,017 d) Se tc = 10 minutos, a duração da chuva passará a este valor e a intensidade de chuva, para o mesmo Tr = 10 anos, será 120 mm/h. Logo a descarga de projeto reduzirá para: Qproj = 0,278 x (0,9 x 0,00065 + 0,6 x 0,001) x 120 Qproj = 0,022 m 3 /s e) Sea declividade I diminui, a velocidade diminui, pois o desnível entre as extremidades da sarjeta diminui, reduzindo a diferença de potencial hidráulico e, conseqüentemente, a velocidade da água. Se a velocidade diminui, para manter a mesma vazão no interior do dispositivo de drenagem, a área molhada aumenta, já que: Q = S.V Como a geometria da seção é constante, a altura da água no interior da sarjeta irá aumentar. 2. Deve ser projetado um bueiro, com declividade de 0,7%, para assegurar o escoamento das águas superficiais de uma bacia de zona rural de 110 ha de área e coeficiente de escoamento igual a 0,35 e tempo de concentração igual a 15 minutos. Sabendo que a intensidade de chuva na região é dada pela fórmula abaixo, e que o tempo de concentração da bacia em questão é de 30 minutos, pede-se dimensionar o bueiro funcionando como canal para um tempo de recorrência de 15 anos, e como orifício, para um tempo de recorrência de 25 anos. 5.950 Tr 0,217 i = (tc + 26) 1,15 Solução: A = 110 ha = 1,10 km 2 (1km 2 = 100 ha) I = 0,7% = 0,007 m/m Para um tempo de recorrência de 15 anos: 5.950 x 15 0,217 i = = 104,55 mm/h (30 + 26) 1,15 Para área da bacia entre 1 e 10 km 2 : Qproj = 0,278.C.i.A 0,9 Qproj = 0,278 x 0,35 x 104,55 x 1,1 0,9 = 11,08 m 3 /s 1.ª Tentativa: Da Tabela ―Vazão, Velocidade e Declividade Crítica de Bueiros Tubulares de Concreto Trabalhando como Canal‖, pode-se escolher o bueiro BTTC Φ = 1,5 m, que tem uma vazão crítica igual a 12,67 m 3 /s e uma declividade crítica igual a 0,65%, menor que os 0,7% previstos para o bueiro, caracterizando um escoamento rápido. Controle de Entrada: Diâmetro do bueiro – 1,5 m Vazão – 11,08 / 3 = 3,69 (bueiro triplo tem 3 galerias) Admitindo seção quadrada com testa para a entrada do bueiro – Hw / D = 1,02 Logo Hw > D, indicando que o bueiro não está funcionando como canal. 2.ª Tentativa: Da Tabela ―Vazão, Velocidade e Declividade Crítica de Bueiros Celulares de Concreto Trabalhando como Canal‖, pode-se escolher o bueiro BSCC 2,0 x 2,5 m, que tem uma vazão crítica igual a 13,48 m 3 /s e uma declividade crítica igual a 0,69%, menor que os 0,7% previstos para o bueiro, caracterizando um escoamento rápido. Controle de Entrada: Altura do bueiro – 2,5 m Relação entre a vazão e a largura – 11,08 / 2,0 = 5,54 Admitindo um alargamento do muro da ala de 30º a 75º – Hw / D = 0,88 Logo Hw = 0,88 x 2,5 = 2,20 m RH 2/3 . I 1/2 Verificação da velocidade: V = < 4,5 m/s n S = 2,0 x 2,2 = 4,4 m 2 P = 2 x 2,2 + 2,0 = 6,4 m RH = 4,4 / 6,4 = 0,688 m 0,688 2/3 . 0,007 1/2 V = = 5,43 m/s > 4,5 m/s inadequado 0,012 Sugere-se especificar uma espessura maior das paredes piso e teto do bueiro, para compensar a erosão provocada pela água. Verificação para chuva com Tr = 25 anos 5.950 x 25 0,217 i = = 116,80 mm/h (30 + 26) 1,15 Qproj = 0,278 x 0,35 x 116,80 x 1,1 0,9 = 12,38 m 3 /s Altura do bueiro – 2,5 m Relação entre a vazão e a largura – 12,38 / 2,0 = 6,19 Admitindo um alargamento do muro da ala de 30º a 75º – Hw / D = 0,97 < 1,0 Assim, o bueiro continuou funcionando como canal. Logo Hw = 0,97 x 2,5 = 2,43 m S = 2,0 x 2,5 = 5,0 m 2 P = 2,0 + 2 x 2,43 = 6,86 m RH = 5,0 / 6,86 = 0,73 m 0,73 2/3 . 0,007 1/2 V = = 5,65 m/s > 4,5 m/s 0,012 A espessura do concreto deve ser maior. 3. Calcular a altura da lâmina d‘água correspondente ao nível máximo de cheia e o comprimento mínimo de uma ponte que deverá cruzar um canal de largura de fundo igual a 15 metros, tem margens retas formando ângulo de 45º com a horizontal, declividade média de 0,05% e coeficiente de rugosidade igual a 0,03. Admita uma vazão de projeto igual a 200 m 3 /s. Solução: O problema pode ser representado pela figura a seguir. Qproj . n S . RH 2/3 ≥ — I 1/2 200 x 0,03 S . RH 2/3 ≥ —— → S.RH 2/3 ≥ 268,33 0,0005 1/2 S = a . h + h 2 /2 .(1/tg + 1/tg) S = 15.h + h 2/2.(1/tg 45º + 1/tg 45º) → S = 15.h + h2 P = a + h.(1/sen + 1/sen) P = 15 + h.(1/sen 45º + 1/sen 45º) → P = 15 + 2,83.h h (m) S (m 2 ) P (m) RH (m) S.RH 2/3 1,0 16,0 17,83 0,90 14,91 2,0 34,0 20,66 1,65 46,90 3,0 54,0 23,49 2,30 94,09 4,0 76,0 26,31 2,89 154,20 5,0 100,0 29,14 3,43 227,44 6,0 126,0 31,97 3,94 314,32 Traçando um gráfico S.RH 2/3 x h, tem-se: Logo, a altura da lâmina ‗água correspondente ao nível máximo de cheia é igual a 5,55 metros. O comprimento mínimo da ponte será dado por: Lmín = a + (hmáx + t).(1/tg + 1/tg) Lmín = 15,00 + (5,55 + 2,00).(1/tg 45º + 1/tg 45º) Lmín = 30,10 m CAPÍTULO VIII – PAVIMENTAÇÃO 13. GENERALIDADES A infraestrutura das estradas é constituída pela terraplenagem e todas as obras necessárias à constituição e proteção da sua superfície final, denominada ―leito‖ ou ―plataforma‖, tais como sistemas de drenagem superficial e profunda, obras de contenção e proteção vegetal. Chamamos de ―superestrutura‖ de uma estrada à estrutura construída em cima da plataforma de terraplenagem, e sobre a qual transitarão os veículos. Sua finalidade principal é proporcionar segurança e/ou comodidade aos usuários, devendo ser dimensionada de acordo com a intensidade do tráfego e com a magnitude das cargas passantes. Tal estrutura será, certamente, objeto de reparos em função do desgaste produzido pelas rodas dos veículos ou mesmo pelas intempéries, podendo ser renovada ao final de sua vida útil ou até substituída em seus principais constituintes, quando assim o exigir o aumento do fluxo ou o peso dos veículos circulantes. A superestrutura de uma rodovia é, geralmente, denominada ―pavimento‖, sendo destinada a: - resistir e distribuir ao subleito esforços verticais oriundos do tráfego; - melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e à segurança; - resistir aos esforços horizontais (desgaste) tornando mais durável a superfície de rolamento. Pavimentar uma estrada significa: - proporcionar mais facilidade, segurança e conforto para o tráfego (menos perda de energia do motorista e conseqüente aumento de sua eficiência); - redução do tempo de percurso, com conseqüente aumento da capacidade de transporte; - redução do consumo de combustível, lubrificantes, peças e pneumáticos. Se a estrada não é pavimentada: - em face do desgaste irregular da chapa de rolamento, formam-se ondulações na superfície, do que decorrem trepidação e choques que provocam maior desgaste, perda de energia e menor duração do veículo; - quando chove, a pista provoca deslizamentos, que não só afetam a segurança do tráfego, como provocam um maior desgaste dos pneus e um esforço excessivo e improdutivo do motor; - no verão a poeira prejudica a lubrificação e aumenta o desgaste do veículo, servindo como esmeril entre as peças metálicas em contato. A seguir são apresentadas as principais definições referentes a um pavimento. Obs.: Para melhor compreender as definições das camadas que compõem um pavimento, é preciso considerar que a distribuição dos esforços através do mesmo deve ser tal que, ao chegarem à fundação (subleito), as pressões exercidas sejam compatíveis com a capacidadede suporte desse subleito. A pressão aplicada é reduzida com a profundidade, de tal sorte que as camadas superiores estão submetidas a maiores pressões, exigindo materiais de maior qualidade. a) Subleito É o terreno de fundação do pavimento. Para a mesma carga aplicada, a espessura do pavimento será tanto maior quanto piores forem as condições do material do subleito. b) Leito É a superfície obtida pela terraplenagem ou obra de arte e conformada ao seu greide e seção transversal. c) Regularização É a operação destinada a conformar o leito da estrada, transversal e longitudinalmente. Deve ser executada sempre em aterro, evitando-se que sejam executados cortes difíceis no material de ―casca‖ já compactado pelo tráfego. Obs.: A regularização deve dar à superfície as características geométricas (inclinação transversal) do pavimento acabado. d) Reforço do Subleito É uma camada de espessura constante transversalmente, construída, se necessário, em cima da regularização, com características técnicas inferiores ao material usado na camada que lhe for superior, porém superiores às do material do subleito. É desnecessária quando há seleção de materiais da terraplenagem. e) Sub-Base É a camada complementar à base, executada quando, por circunstâncias técnico- econômicas, não for aconselhável construir a base diretamente sobre o leito regularizado ou sobre o reforço. f) Base É a camada destinada a suportar os esforços oriundos do tráfego e distribuí-los, e sobre a qual será construído o revestimento. g) Revestimento É a camada destinada a receber diretamente a ação do tráfego, devendo ser, tanto quanto possível, impermeável, resistente ao desgaste (durável) e suave ao rolamento. Obs.: O reforço do subleito, a sub-base e a base terão sempre espessura constante em seção transversal, podendo a mesma variar longitudinalmente, de acordo com o dimensionamento do pavimento. Obs.: A regularização e o reforço do subleito deverão ter largura abrangendo a pista e os acostamentos. A sub-base e a base poderão ter larguras menores em relação à regularização. O revestimento será feito apenas na largura da pista de rolamento, ou seja, na parte da plataforma destinada ao trânsito de veículos. h) Acostamentos São partes da plataforma contíguas à pista de rolamento, destinadas ao estacionamento de veículos, ao trânsito, em caso de emergência, e ao suporte lateral de pavimento. Poderão ser executados com outro tipo de material menos nobre que o do revestimento. 14. TERMINOLOGIA DOS PAVIMENTOS 2.1. Classificação Dos Pavimentos Os pavimentos podem ser classificados segundo sua natureza em rígidos, semirrígidos e flexíveis: a) pavimento rígido - é aquele pouco deformável, formado, predominantemente, por camadas que trabalham sensivelmente à tração; b) pavimento flexível - é aquele em que as deformações, até um certo limite, não levam ao rompimento; sendo formado por camadas que não trabalham à tração; c) pavimento semirrígido - é aquele que representa um comportamento rígido, surgindo depois fissuras que o dividem em ―placas‖ articuladas, as quais terão comportamento ambíguo (rígido e flexível). Obs.: Essa classificação traz dificuldade, uma vez que não há restrição quanto à utilização da base rígida superposta por um revestimento flexível, e vice-versa, tornando problemático estabelecer-se um critério de classificação. Assim, a maioria dos que se preocupam com classificação de pavimentos prefere dar terminologias às bases e, independentemente, aos revestimentos. 2.2. Terminologia das Sub-Bases a) Sub-Base Estabilizada Granulometricamente São sub-bases granulares constituídas por camadas de solos, mistura de solos e materiais britados, ou produtos totais de britagem, que apresentam granulometria apropriada. Quando esses materiais ocorrem em jazidas, com designações tais como ―cascalhos‖, ―saibros‖, etc; tem-se o caso de utilização de materiais naturais. Muitas vezes esses materiais devem sofrer beneficiamento prévio, como britagem e peneiramento, para eliminação de certas frações. Quando se utiliza uma mistura de material natural e pedra, tem-se a sub-base de solo-brita. Quando se utiliza exclusivamente produto de britagem, tem-se a sub-base de brita corrida ou brita graduada. Obs.: brita corrida - produto da instalação de britagem, sem separação de tamanho. Obs.: brita graduada - mistura em usina de agregado previamente dosado, inclusive material de enchimento e água. b) Sub-Base de Solo Melhorado com Cimento É uma mistura íntima e compactada de solo, cimento e água em proporções pré- determinadas. 2.3. Terminologia das Bases Bases Flexíveis a) Base Estabilizada Granulometricamente com o Emprego de: - um solo - dois ou mais solos - solo-brita - brita graduada b) Base Estabilizada com Aditivos Cimentantes: - solo melhorado com cimento (pequenos teores de cimento) - solo melhorado com cal - solo com cal e cinzas - solo com cloreto de calcário c) Base Estabilizada com Aditivos Betuminosos: - solo-betume (mistura de solo, água e material betuminoso) d) Macadame Hidráulico - é uma camada de brita de graduação aberta, de tipo especial (brita tipo macadame), que após a compressão tem os vazios preenchidos por finos de britagem (pó-de-pedra) ou mesmo por solos de granulometria e plasticidades apropriadas, com o auxílio de água. e) Macadame Seco - são feitas modificações convenientes da granulometria dos materiais, de modo a prescindir da irrigação (o material pulverulento penetra entre as pedras por vibrações). f) Macadame Betuminoso - é uma camada de brita com tamanho uniforme, por sobre a qual se faz uma pintura de betume para penetração direta e aglutinação da brita já compactada. Bases Semirrígidas a) Solo-Cimento - é a mistura de solo, cimento Portland e água. b) Solo-Cal Bases Rígidas a) Concreto de Cimento Hidráulico b) Macadame Cimentado - os interstícios são preenchidos com argamassa fluida de cimento Portland. 2.4. Terminologia dos Revestimentos Rígidos a) Concreto de Cimento Hidráulico - funciona ao mesmo tempo como revestimento e base. b) Macadame Cimentado - camada de brita de graduação aberta, devidamente comprimida, cujos vazios são preenchidos com argamassa de cimento (está em desuso). c) Paralelepípedos Rejuntados com Argamassa de Cimento. Semirrígidos a) Solo-Cimento Flexíveis - Por Calçamento a) Alvenaria Poliédrica - camadas de pedras irregulares (dentro de certas tolerâncias), assentadas e comprimidas sobre um colchão de regularização, constituído de material granular apropriado; as juntas entre as pedras são tomadas com pequenas lascas de pedras e com o próprio material do colchão. b) Paralelepípedos - blocos regulares assentados sobre um colchão de regularização; as juntas entre os paralelepípedos podem ser tomadas com o próprio material do colchão de regularização e com materiais ou misturas betuminosas. - Betuminosos a) Por Penetração Invertida (Tratamentos Superficiais Simples, Duplo e Triplo) - são obtidos com uma aplicação ou ―pintura‖ de material betuminoso, seguida de espalhamento e compressão do agregado de granulometria apropriada. Quando esse tratamento é executado com o objetivo primordial de impermeabilização ou para modificar a textura de umpavimento existente, recebe a denominação de capa selante. São executados sempre como revestimentos. b) Por Penetração Direta (Macadame Betuminoso) - são executados mediante espalhamento prévio de uma camada de brita de granulometria apropriada que dê, após a compressão, a espessura desejada. Seguem-se a aplicação do material betuminoso, que penetra nos vazios dos agregados, e o espalhamento de uma brita miúda para preenchimento dos vazios superficiais, acompanhado de nova compressão. O serviço é complementado com uma capa selante (utilizados como revestimentos ou base). - Por Mistura em Usina a) Pré-Misturado a Frio - o agregado é pré-envolvido com o material betuminoso antes da compressão. Não há prévio aquecimento dos agregados e o ligante não é aquecido ou é levemente aquecido. b) Pré-Misturado a Quente - nesse caso, o ligante e o agregado são misturados e espalhados na pista ainda quentes. c) Concreto Betuminoso - é o mais nobre dos revestimentos flexíveis; consiste na mistura íntima de agregados satisfazendo rigorosas especificações e betume devidamente dosado; a mistura é feita em usina, com rigoroso controle de granulometria, teor de asfalto, temperaturas do betume e do agregado, transporte, aplicação e compressão. d) Areia-Betume - é um pré-misturado em que o agregado, natural ou artificial, é constituído, predominantemente, de material passado na peneira n°10 (abertura de 2,0 mm). - Por Mistura na Estrada a) Pré-Misturado na Pista ou ―Road-Mix‖ b) Pré-Misturado Areia-Betume Obs.: Se a pré-mistura tiver que ser feita na pista, face às condições impostas pelo serviço, será sempre executada a frio. Obs.: MISTURAS A QUENTE Vantagens Desvantagens - Mais duráveis. - Exigem aquecimento do agregado. - Menos sensíveis à ação da água. - Instalações complexas para o fabrico. - Mais indicadas para tráfego intenso ou - Equipamento especial para o espalhamento. pesado. - Não permitem estocagem. - Menos sujeitas ao desgaste. - São caras. MISTURAS A FRIO - Fácil fabricação. - Suscetíveis de maior desgaste. - Não exigem aquecimento do agregado. - Mais sensíveis à água. - Fabricadas em instalações simples e pouco - Exigem cura da mistura. custosas. - Permitem espalhamento com Patrol. - Permitem estocagem. 2.5. Outras Definições a) Camada de Bloqueio - é uma camada de granulometria apropriada, que é colocada, quando for o caso, sob camadas de granulometria aberta, para evitar sub- penetração das camadas inferiores; as sub-bases dos pavimentos de concreto de cimento têm uma função semelhante. b) Imprimação - é uma aplicação de material betuminoso apropriado, feita sobre bases granulares e destinada a penetrá-las até certa profundidade, deixando uma película betuminosa na superfície; a imprimação tem por finalidade impermeabilizar a base e proporcionar boa aderência ao revestimento betuminoso, além de uma certa coesão na superfície da base. c) Pintura de Ligação - é uma aplicação de material betuminoso apropriada, feita sobre antiga imprimação, antigos pavimentos betuminosos ou sobre bases de concreto de cimento ou de solo-cimento, com a finalidade de promover boa aderência a um revestimento betuminoso. No caso de solo-cimento, essa pintura pode servir também como pintura de cura. Quando um revestimento betuminoso é feito em duas camadas, faz-se, muitas vezes, uma pintura de ligação sobre a primeira camada. d) Capa Selante - é um tratamento simples, de penetração invertida, executado com a finalidade de impermeabilizar um revestimento. e) Revestimento Primário - é uma camada granular que, por suas características de granulometria e plasticidade, pode desempenhar, ao mesmo tempo, as funções de base e revestimento para pequeno volume de tráfego. f) Tratamento Contra Pó - é uma aplicação de material betuminoso apropriado, ou outros materiais, sobre revestimentos primários, com o objetivo de prolongar-lhe a duração e de evitar o pó e a lama superficial. g) Pavimento Composto - é uma combinação de camadas rígidas e flexíveis, como no caso de um revestimento betuminoso sobre uma base de concreto de cimento. h) Lama Asfáltica - é uma mistura de emulsão de ruptura lenta, água, agregado miúdo e enchimento (filler), de modo a se obter uma consistência de fluido. É utilizada como camada (delgada) de impermeabilização e desgaste de antigos pavimentos. 15. LIGANTES BETUMINOSOS 3.1. Considerações Iniciais Betume é uma mistura de hidrocarbonetos pesados, obtidos em estado natural ou por diferentes processos físicos ou químicos, com seus derivados de consistência variável e com poder aglutinante e impermeabilizante, sendo completamente solúvel no bissulfeto de carbono (CS2). Os materiais betuminosos utilizados em pavimentação classificam-se em dois tipos: alcatrões e asfaltos. Alcatrão é um material obtido quando matérias orgânicas naturais, tais como madeira e hulha, são carbonizadas ou destiladas destrutivamente na ausência de ar. Asfalto é um material aglutinante de consistência variável, cor pardo-escuro ou negro, no qual o elemento predominante é o betume, podendo ocorrer na natureza ou ser obtido pela refinação de petróleo. Asfalto Natural é obtido pela evaporação natural de depósitos de petróleo localizados na superfície terrestre (lagos de asfalto de Trinidad e da Venezuela). Encontram-se misturados com impurezas minerais. Asfalto de Petróleo é obtido pela destilação do petróleo, na qual as frações leves (gasolina, querosene e diesel) são separadas do asfalto por vaporização, fracionamento e condensação. 3.2. Tipos de Asfalto de Petróleo a) Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) Classificam-se de acordo com sua consistência, medida por sua viscosidade dinâmica ou absoluta, isto é, o tempo necessário ao escoamento de um volume determinado de asfalto através de um tubo capilar, com auxílio de vácuo, sob condições rigorosamente controladas de vácuo e temperatura, e também por penetração, ou seja, pela medida, em décimos de milímetro, que uma agulha padronizada penetra em uma amostra nas condições de ensaio. De acordo com as Especificações Brasileiras IBP/ABNT-EB-78 e Regulamento Técnico CNP 21/86, os cimentos asfálticos de petróleo são classificados nos seguintes tipos: CAP-7, CAP-20, CAP-40. CAP 30/45, CAP 50/60, CAP 85/100, CAP 150/200. Esses quatro últimos são fabricados somente nas Refinarias de Salvador e Fortaleza. OBS: CAP 7 - Viscosidade a 60 o C: 700 300 poise CAP 30/45 - Penetração entre 30 e 45 décimos de milímetro b) Asfaltos Diluídos (―Cut-backs‖) São resultantes da diluição de cimentos asfálticos (CAP) com diluentes adequados. Os diluentes utilizados funcionam apenas como veículos, proporcionando produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais baixas. Os diluentes evaporam-se após a aplicação (cura). De acordo com o tempo de cura, determinado pela natureza do diluente utilizado, os asfaltos diluídos classificam-se em três categorias: Asfalto diluído de cura rápida (CR) diluente: nafta leve (gasolina) Asfalto diluído de cura média (CM) diluente: querosene Asfalto diluído de cura lenta (CL) diluente: gasóleo (óleo diesel) Esse último não é usado no Brasil. Cada uma das duas categorias - CR e CM - apresenta tipos de diferentes viscosidades cinemáticas determinadas em função da quantidade de diluente. CR-70, CR-250 CM-30, CM-70 OBS: Existemoutros tipos (CR-800, CR-3000, CM-250, CM-800, CM-3000) que não são usados em serviços de pavimentação. OBS: CR-70 tem viscosidade cinemática de 70 a 140 cSt (centistokes) OBS: Quantidades de cimento asfáltico e diluentes TIPO ASFALTO DILUENTE 30 52 % 48 % 70 63 % 37 % 250 70 % 30 % 800 82 % 18 % 3000 86 % 14 % OBS: Os tipos de mesmo número, embora de categorias diferentes, têm a mesma faixa de viscosidade numa determinada temperatura. c) Emulsões Asfálticas São dispersões de cimento asfáltico em fase aquosa (emulsões diretas). Emulsões invertidas são aquelas em que as partículas de água estão dispersas em asfalto. São obtidas combinando com água o asfalto aquecido, em um meio intensamente agitado, e na presença de emulsificantes, que têm o objetivo de dar uma certa estabilidade ao conjunto, de favorecer a dispersão e de revestir os glóbulos de betume com uma película protetora, mantendo-os em suspensão. As emulsões podem ser: Aniônicas: cujo exemplo de agente emulsionante é o sabão (Carga Negativa); Catiônicas: cujos agentes emulsionantes são as aminas (Carga Positiva); Não Iônicas: cujo exemplo de agente emulsionante é o ligno sulfosuccionato de sódio (Sem Carga); Biônicas: Carga Dupla. As normalmente usadas em pavimentação são as catiônicas diretas, que são mais caras que as aniônicas. A ―ruptura‖ de uma emulsão consiste na anulação da camada de proteção dos grãos de asfalto dispersos na água, que se observa pela união dos mesmos (coagulação ou floculação). As emulsões aniônicas rompem quando a água evapora. Já nas emulsões catiônicas, a ruptura se dá por evaporação ou por reação química entre o emulsificante e o agregado (troca de cargas elétricas). Tempo de ruptura é o tempo necessário para o asfalto se separar da água. Ele depende, dentre outros fatores, da quantidade e tipo do agente emulsificante. A quantidade de agente emulsificante utilizada varia, geralmente, de 0,2 a 1 %, enquanto que a quantidade de asfalto é da ordem de 60 a 70 %. A cor das emulsões asfálticas antes da ruptura é marrom e, depois, preta, constituindo-se essa característica em elemento auxiliar para inspeção visual e constatação rápida das boas condições do produto. As emulsões asfálticas classificam-se quanto ao tempo de ruptura em: Ruptura Rápida; Ruptura Média; Ruptura Lenta. As emulsões são classificadas pela sua ruptura, viscosidade, teor de solvente e resíduo asfáltico nos seguintes tipos: RR-1C e RR-2C : emulsões asfálticas catiônicas de ruptura rápida; RM-1C e RM-2C : emulsões asfálticas catiônicas de ruptura média; RL -1C : emulsões asfálticas catiônicas de ruptura lenta. A letra ―C‖ é um indicativo de emulsão catiônica, e os números ―1‖ e ―2‖, de viscosidades crescentes, respectivamente. As emulsões utilizadas na fabricação de lamas asfálticas recebem o símbolo ―LA‖, seguido de uma ou duas indicações de acordo com a ruptura e a carga da partícula. LA-1 e LA-2 : emulsões aniônicas de lama asfáltica; LA-1C e LA-2C : emulsões catiônicas de lama asfáltica; LA-E : emulsão especial de lama asfáltica. Entre as vantagens da emulsão em serviços de pavimentação, destacam-se o transporte, a estocagem e a aplicação a frio na temperatura ambiente. ESQUEMA DE PRODUÇÃO DE LAMA ASFÁLTICA 3.3. Alcatrões A grande maioria dos alcatrões usada em pavimentação é subproduto da destilação destrutiva do carvão em coquerias de usinas siderúrgicas. A composição química do alcatrão é afetada principalmente pelo tipo de material utilizado na sua fabricação: carvão, linhito, madeira etc. Os alcatrões para pavimentação recebem o símbolo AP, que deve preceder as indicações de vários tipos, conforme sua viscosidade ou sua flutuação. Alcatrões para pavimentação líquidos: AP-1, AP-2, AP-3, AP-4, AP-5, AP-6 Alcatrões para pavimentação semi-sólidos: AP-7, AP-8, AP-9, AP-10, AP-11, AP- 12 Vantagens dos Alcatrões: - insolúveis em óleo lubrificante, gasolina, querosene, diesel; - boa adesão aos agregados, mesmo úmidos; - penetram bem em camadas de solo. Desvantagens dos Alcatrões: - envelhecem mais rapidamente; - gases são nocivos à saúde humana; - produção irregular; - pequena faixa de temperatura de trabalho; - misturas betuminosas com menor estabilidade; - material cancerígeno; - têm aproximadamente 30 % de matéria sólida que pode ser prejudicial, pois pode entupir tubulações. 3.4. Características Organoléticas a) Cimento Asfáltico Estado: sólido ou semissólido Cor : preta brilhante Odor : inodoro b) Asfalto Diluído Estado: líquido Cor : preta brilhante Odor : do solvente c) Emulsão Asfáltica Estado: líquido Cor : marrom Odor : do solvente ou emulsificante d) Alcatrão Estado: líquido ou semissólido Cor : preta Odor : do creosoto 4. AGREGADOS 4.1. Conceituação O agregado mineral é constituído por um agrupamento de partículas de origem mineral. Usado em combinação com uma substância cimentante, como o Cimento Portland e o asfalto, forma o concreto de cimento e os vários tipos de revestimentos asfálticos. É também usado puro, constituindo as camadas de base granular, filtros de drenos, etc. Como o agregado mineral representa aproximadamente 95%, em peso, dos materiais constituintes da mistura de concreto asfáltico, resulta que, fundamentalmente, das propriedades do agregado é que dependerá o comportamento do produto final. Os agregados empregados numa mistura asfáltica devem ter características para suportarem as pressões aplicadas pelos veículos sem se fraturarem, e resistirem às ações dos agentes do intemperismo sem se alterarem. Somente um agregado com essas qualidades poderá propiciar uma mistura durável. 4.2. Classificação Quanto à Natureza das Partículas a) Naturais - são constituídos por partículas oriundas da alteração das rochas pelos processos de intemperismo ou produzidos por processos físicos como britagem, lavagem e classificação, em que a matéria prima é rocha, bloco de pedra, etc. Distinguem- se os seguintes tipos : pedregulho, pedregulho britado, pedra britada e areia. b) Artificiais - são aqueles em que as partículas são provenientes de matéria prima artificial, produzida por transformação física e química do material natural. Dentre os agregados artificiais, é de maior importância para fins rodoviários a escória proveniente de altos fornos. Quanto ao Tamanho das Partículas a) Agregado Graúdo - é constituído pelas partículas que ficam retidas na peneira n°10 ( 2,0 mm ). b) Agregado Miúdo - é constituído pelas partículas que passam na peneira n°10 (2,0 mm) e ficam retidas na peneira n°200 (0,075 mm). c) Material de Enchimento (Filler) - é o material não plástico, do qual passam pelo menos 65% das partículas na peneira n°200 (0,075 mm). Quanto a Granulometria a) Agregados de Granulometria Contínua - são aqueles que apresentam partículas de todos os tamanhos, equilibradamente distribuídos, sem que haja predominância de um tamanho sobre os demais. São agregados de graduação densa. b) Agregados de Granulometria Descontínua - são aqueles que apresentam ausência de partículas com diâmetros compreendidos num determinado intervalo de dimensões. São agregados de graduação aberta. c) Agregados comGranulometria Uniforme - são aqueles que apresentam uma predominância acentuada de um determinado diâmetro sobre os demais. São agregados tipo macadame. 4.3. Formato das Partículas As partículas dos agregados podem ser agrupadas em quatro formas fundamentais : a) Cúbicas - apresentam arestas definidas e as três dimensões fundamentais são aproximadamente iguais. b) Lamelares - apresentam arestas definidas e possuem uma relação entre a menor e maior dimensões inferior a 3/5. c) Alongadas - apresentam uma dimensão predominantemente maior que as outras, tendo arestas definidas. d) Arredondadas - não apresentam arestas definidas. 4.4. Propriedades Básicas dos Agregados As partículas dos agregados possuem uma série de propriedades físicas e químicas que, associadas à granulometria, determinam a adequação do agregado para uma certa aplicação. Sob o ponto de vista rodoviário, as partículas devem ter propriedades que lhes permitam resistir às ações do tráfego e do intemperismo. As propriedades mais importantes que devem possuir as partículas para suportar essas ações são as que se seguem: a) Dureza - é a resistência que o agregado oferece ao deslocamento das partículas de sua superfície pela abrasão. b) Tenacidade - é a resistência que o agregado oferece ao fraturamento provocado pelo impacto. c) Sanidade - é a resistência que o agregado oferece à ação do intemperismo. d) Porosidade - é caracterizada pelo sistema de poros que existe dentro das partículas do agregado. Obs.: A porosidade e a conseqüente absorção influenciam nas resistências à compressão e ao desgaste, na necessidade de taxas elevadas de asfalto e na durabilidade do agregado, pois, quanto maior a porosidade, maior será a superfície exposta ao ataque de agentes externos. 4.5. Composição Granulométrica A composição granulométrica de um agregado ou de uma mistura de agregados é definida por sua curva granulométrica. Essa curva consiste num gráfico semi- logarítmico, no qual, no eixo das abscissas (escala logarítmica), são representados os diversos tamanhos de partículas e, no eixo das ordenadas (escala aritmética), as porcentagens do material que passam na peneira considerada. Como na prática é impossível controlar um agregado por uma linha, que é sua curva granulométrica, estabelecem-se limites para sua variação, dando origem à faixa granulométrica. Dependendo da situação, há necessidade de misturar três ou mais materiais em proporções tais que a curva granulométrica da mistura caia dentro da faixa especificada, preferencialmente no centro desta. 5. AVALIAÇÃO DE PAVIMENTOS 5.1. Principais Defeitos em Pavimentos Flexíveis Fendilhamento da Superfície Qualquer descontinuidade na superfície do pavimento, causada por falhas na mistura betuminosa constituinte do revestimento, falta de suporte do subleito ou espessura insuficiente do pavimento. Esse fendilhamento permite a infiltração de água e, se não for corrigido a tempo, pode propagar-se e produzir a desagregação completa do pavimento. a) Fissuras - fendas capilares existentes no revestimento, somente perceptíveis à vista desarmada de distância inferior a 1,50 m; b) Trincas - fendas existentes no revestimento com abertura superior à das fissuras, podendo apresentar-se sob a forma de trincas isoladas ou trincas interligadas: - Trincas transversais - trincas isoladas que apresentam direção predominante aproximadamente ortogonal ao eixo do pavimento (quando apresentam extensão até 1,0 m, são denominadas trincas transversais curtas; quando maiores que 1,0 m, trincas transversais longas); - Trincas longitudinais - trincas isoladas que apresentam direção predominante aproximadamente paralela ao eixo do pavimento (quando apresentam extensão até 1,0 m, são denominadas trincas longitudinais curtas; quando maiores que 1,0 m, trincas longitudinais longas); - Trincas tipo ―couro de crocodilo‖ - conjunto de trincas interligadas sem apresentarem direção preferencial, assemelhando-se ao aspecto de couro de crocodilo, podendo ou não apresentar erosão acentuada nas bordas; - Trincas tipo bloco - conjunto de trincas interligadas, caracterizadas pela configuração de blocos formados por lados bem definidos, podendo ou não apresentar erosão acentuada nas bordas. Afundamento Deformação permanente caracterizada por depressão da superfície do pavimento. Pode ser resultante de recalques de aterros recentemente construídos, quer por deficiência de compactação, quer por adensamento, quer mesmo por um volume de tráfego superior ao de projeto, ou ainda por uma drenagem inadequada. O deslocamento ou a consolidação de algumas das camadas do pavimento pode resultar também em deformação transversal, embora, nesse caso, as dimensões dessas deformações sejam menores que as anteriores. Qualquer deficiência nas camadas inferiores resulta em solicitações no revestimento, o qual pode apresentar falha resultante dessas solicitações. No caso do afundamento, o pavimento pode apresentar fendas, as quais contribuem para um maior comprometimento das falhas que as provocaram, num ciclo vicioso que, se não for quebrado rapidamente, levará o pavimento à desagregação total. Corrugação Deformação caracterizada por ondulações transversais do revestimento. Pode ser causada por várias deficiências, sendo a mais comum o excesso de asfalto, inadequada granulometria do agregado, compactação deficiente ou imprimação deficiente. As superfícies resultantes desse defeito causam considerável desconforto ao usuário, desconforto esse que cresce a medida que for maior a velocidade de operação, podendo ser causa de acidentes. Escorregamento do Revestimento Betuminoso Deslocamento do revestimento em relação à base, com aparecimento de fendas em forma de meia-lua. A causa desse defeito é a má execução da imprimação, ou por estar a superfície da base molhada por ocasião da pintura, ou suja e com excesso de material solto. Exsudação Excesso de ligante betuminoso na superfície do pavimento devido à migração do ligante através do revestimento. Esse defeito resulta de dosagem inadequada da mistura betuminosa ou ainda de distribuição irregular do asfalto quando da execução de tratamentos superficiais. Além do deprimente aspecto do revestimento, esse defeito implica em superfície escorregadia e altamente perigosa nos dias chuvosos. Desgaste Efeito do arrancamento progressivo do agregado do pavimento, caracterizado por aspereza superficial e provocado por esforços tangenciais devidos ao tráfego. Pode ser devido à mistura betuminosa com teor muito baixo de ligante, à queima (oxidação) do ligante por ocasião da usinagem ou ainda à qualidade inferior do agregado, resultando em falta de adesividade. Panela Cavidade que se forma no revestimento, podendo alcançar a base do pavimento, provocada pela desagregação dessas camadas. Podem ser resultantes da de segregação de agregados, falta de ligante, excesso de vazios ou deficiências de drenagem. 5.2. Principais Defeitos em Pavimentos Rígidos Alçamento de Placas Levantamento das placas nas juntas ou fissuras transversais e próximo a canaletas de drenagem ou interferências feitas no pavimento (caixas de inspeção, bueiros, etc.) Fissura de Canto É aquela que intercepta as juntas a uma distância menor ou igual à metade do comprimento das bordas ou juntas do pavimento (longitudinal e transversal), medida a partir do canto. A fissurade canto atinge toda a espessura da placa. Placa Dividida Divisão da placa por fissuras, em quatro ou mais partes, pela sobrecarga ou inadequação de suporte. Escalonamento ou Formação de Degraus nas Juntas Caracteriza-se pela ocorrência de deslocamentos verticais diferenciados permanentes de uma placa em relação à adjacente, na região da junta. Selagem Defeituosa É qualquer avaria no selante que possibilite o acúmulo de material incompressível na junta ou permita a infiltração de água. As principais avarias são: - rompimento, por tração ou compressão, do material selante; - extrusão do material; - crescimento de vegetação; - perda de aderência às placas de concreto; - quantidade deficiente de selante nas juntas. Desnivelamento Pavimento-Acostamento É o degrau formado entre o acostamento e a borda do pavimento, devido ao assentamento ou erosão do acostamento, geralmente acompanhado de separação das bordas. Fissuras Lineares São fissuras que atingem toda a espessura da placa de concreto e a dividem em duas ou três partes (placas partidas em quatro ou mais pedaços são classificadas como ―placas divididas‖). Nesse tipo de defeito enquadram-se: - fissuras transversais - ocorrem na direção da largura da placa, perpendicularmente ao eixo longitudinal do pavimento; - fissuras longitudinais - ocorrem na direção do comprimento da placa, paralelamente ao eixo longitudinal do pavimento; - fissuras diagonais - são fissuras inclinadas que interceptam as juntas do pavimento em distância maior do que a metade do comprimento das juntas ou bordas. Reparos Entende-se como reparo a área onde o pavimento original foi removido e posteriormente preenchido com material de enchimento. São considerados ―grandes‖ quando sua área é maior que 0,45 m 2 e ―pequenos‖, caso contrário. Desgaste Superficial Caracterizado pelo desgaste ou deslocamento de argamassa superficial, fazendo com que os agregados aflorem na superfície do pavimento; os agregados apresentam sua superfície polida. Bombeamento É a expulsão de finos plásticos existentes no solo de fundação do pavimento, sob a forma de lama fluida, através das juntas, bordas ou trincas do pavimento, quando da passagem de carga pesada. Identifica-se pela presença de manchas terrosas ao longo das juntas, bordas ou trincas. Quebras Localizadas São áreas trincadas e partidas em pequenos pedaços. Têm formas variadas e situam-se entre uma trinca e uma junta ou entre duas trincas próximas (em torno de 1,5 m). Fissuras Superficiais (‖Rendilhado‖) e Escamação São fissuras capilares que atingem apenas a superfície da placa, com tendência a se interceptar formando ângulos de 120 o . A escamação caracteriza-se pelo deslocamento desta camada superficial fissurada, podendo, no entanto, ser proveniente de outros defeitos, tais como o desgaste superficial. Fissuras de Retração Plástica São fissuras pouco profundas (superficiais), de pequena abertura e de comprimento limitado. De incidência aleatória, costumam desenvolver-se formando ângulos de 45 o a 60 o com o maior eixo da placa. Esborcinamento ou Quebra de Canto São quebras em forma de cunha, nos cantos das placas, ocorrendo a uma distância não superior a 60 cm do canto. Difere da fissura de canto pelo fato de interceptar a junta num determinado ângulo (quebra em cunha), ao passo que a fissura de canto ocorre verticalmente em toda a espessura da placa. Esborcinamento de Juntas Caracteriza-se pela quebra das bordas da placa de concreto (quebra em cunha), a uma distância máxima de 60 cm das juntas e não atinge toda a espessura da placa. Placa Bailarina Placa cuja movimentação vertical é visível sob a ação de tráfego, principalmente na região das juntas. Assentamento Afundamento do pavimento, criando ondulações superficiais de grande extensão (o pavimento muitas vezes parece íntegro). Buracos Marcados pela perda de concreto na superfície da placa, apresentando área e profundidade bem definidas. 6. DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS 6.1. Generalidades Será apresentado o Método do Eng.º Murillo Lopes de Souza, que tem como base o trabalho ―Design of Flexible Pavements Considering Mixed Loads and Traffic Volume‖, da autoria de W.J. Turnbull, C.R. Foster e R.G. Ahlvin, do Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos, e conclusões obtidas da pista experimental da AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). Esse método leva em consideração que a capacidade de suporte do subleito e dos materiais granulares constitutivos do pavimento é determinada em função do ensaio de CBR (California Bearing Ratio), aqui no Brasil também denominado Índice de Suporte Califórnia – ISC, realizado em corpos de prova indeformados ou moldados em laboratório, nas condições de massa específica e umidade especificadas para o serviço no campo e embebição durante quatro dias. O subleito e as diferentes camadas do pavimento devem ser compactados de acordo com os valores fixados nas ―Especificações Gerais‖, recomendando-se que, em nenhum caso, o grau de compactação deve ser inferior a 100% com relação ao ensaio AASHTO normal. a) Materiais do Subleito – devem apresentar uma expansão, medida no ensaio CBR, menor ou igual a 2%; b) Materiais para Reforço do Subleito – devem apresentar CBR maior que o do subleito e expansão menor ou igual a 2%; c) Materiais para a Sub-base – devem apresentar CBR maior ou igual a 20% e expansão menor ou igual a 1%; d) Materiais para Base – devem apresentar CBR maior ou igual a 80%, expansão menor ou igual a 0,5%, Limite de Liquidez menor ou igual a 25% e Índice de Plasticidade menor ou igual a 6%. OBS.: Caso o Limite de Liquidez seja superior a 25% e/ou o Índice de Plasticidade superior a 6%, o material poderá ser empregado em bases (satisfeitas as demais condições) desde que o Equivalente de Areia seja superior a 30%. OBS.: Para um número de repetições do eixo padrão, durante o período de projeto, menor ou igual a 10 6 , podem ser empregados materiais com CBR maior ou igual a 60%, e as faixas granulométricas E e F da AASHTO. Os materiais para base granular devem se enquadrar numa das seguintes faixas granulométricas: Peneiras Percentagem em Peso Passando A B C D 2‖ 100 100 – – 1‖ – 75 – 90 100 100 3/8‖ 30 – 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100 N.º 4 25 – 55 30 – 60 35 – 65 50 – 85 N.º 10 15 – 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70 N.º 40 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45 N.º 200 2 – 8 5 – 15 5 – 15 5 – 20 A fração que passa na peneira N.º 200 deve ser inferior a 2/3 da fração que passa na peneira N.º 40. A fração graúda deve apresentar um desgaste Los Angeles inferior a 50%. Pode ser aceito um desgaste maior, desde que haja experiência no uso do material. Em casos especiais podem ser especificados outros ensaios representativos da durabilidade da fração graúda. 6.2. Tráfego O pavimento é dimensionado em função do número equivalente (N) de operações de um eixo tomado como padrão, com carga de 8,2 tf (18.000 lbs). Sendo V1 o volume médio diário de tráfego no ano de abertura, num sentido, e admitindo-se uma taxa ―t‖ de crescimento anual em progressão aritmética, o volume médio diário de tráfego Vm, num sentido, durante o período ―P‖ de anos do projeto será: V1 [ 2 + (P – 1).t / 100 ] Vm = ——————————— 2 O volume total de tráfego,num sentido, durante o período P, será: Vt = 365 x P x Vm Se o tráfego crescer em progressão geométrica, a uma taxa ―t%‖ anual, o volume total de tráfego durante o período P de projeto será: 365 . V1 [ ( 1 + t/100) P – 1 ] Vt = ———————————— t/100 Conhecido Vt, calcula-se N, dado em potências de 10, que é o número equivalente de operações do eixo simples padrão, de carga 8,2 tf, durante o período de projeto, e o parâmetro usado no dimensionamento. N = Vt . FE . FC (Fator de Veículo: FV = FE.FC) FE é o Fator de Eixos, isto é, um fator que multiplicado pelo número de veículos dá o número de eixos correspondente. n2 x 2 + n3 x 3 + n4 x 4 + ... FE = ———————————— n2 + n3 + n4 + ... Onde: n2 – número de veículos com 2 eixos; n3 – número de veículos com 3 eixos; n4 – número de veículos com 4 eixos. FC é o Fator de Carga, isto é, um fator que multiplicado pelo número de eixos que operam dá o número de eixos equivalentes ao eixo padrão. Carga por Eixo Número de Veículos Fator de Equivalência de Operação Equivalência de Operações Eixos Simples CES1 pS1 FEOS1 pS1 x FEOS1 CES2 pS2 FEOS2 pS2 x FEOS2 CES3 pS3 FEOS3 pS3 x FEOS3 ... ... ... ... CESi pSi FEOSi pSi x FEOSi Eixos Tandem CET1 pT1 FEOT1 pT1 x FEOT1 CET2 pT2 FEOT2 pT2 x FEOT2 ... ... ... ... CETj pTj FEOTj pTj x FEOTj TOTAL Σ A Σ B Σ A = pS1 + pS2 + ... + pSi + pT1 + ... + pTj Σ B = pS1 x FEOS1 + pS2 x FEOS2 + ... + pSi x FEOSi + pT1 x FEOT1 + ... + pTj x FEOTj FC = Σ B / Σ A No caso do número de veículos ser dado em percentagem, Σ A = 100. Os Fatores de Equivalência de Operação são obtidos dos ábacos a seguir, correspondentes a eixos simples e eixos em tandem. Os eixos com carga menor que 5 tf tem efeito desprezível no pavimento, podendo seu FEO ser considerado nulo. OBS.: São considerados em tandem dois ou mais eixos que constituem um conjunto integral de suspensão, podendo qualquer deles ser ou não motriz. Para o cálculo de V1, FE e FC são necessários dados estatísticos da estrada que será pavimentada, baseados em contagens de tráfego considerando as diversas categorias de veículos (automóveis, ônibus, caminhões leves e pesados anotando o número de eixos). Para o estabelecimento dos volumes futuros de tráfego (forma e taxa de crescimento ao longo dos anos), é necessário, também, um estudo econômico da região. Exemplo: Calcular o número N para uma estrada em que o tráfego apresenta um volume médio diário inicial, nos dois sentidos, igual a 370 veículos, com a composição abaixo, crescendo linearmente a uma taxa anual de 4%. Dessa composição, 74% dos veículos têm 2 eixos, 16% têm 3 eixos e 10%, 4 eixos. Admitir um período de projeto de 15 anos. Carga por Eixo (tf) Número de Veículos (%) Eixos Simples < 5 62 5 12 7 8 10 4 12 4 Eixos Tandem 17 4 19 3 21 3 TOTAL 100 Solução: Crescimento Linear: V1 [ 2 + (P – 1).t / 100 ] Vm = ——————————— 2 Volume inicial nos dois sentidos: 370 → em um sentido: 185 veículos 185. [ 2 + (15 – 1).0,04 ] Vm = ——————————— = 236,80 veículos 2 Vt = 365 x P x Vm Vt = 365 x 15 x 236,80 = 1.296.480 veículos 74 x 2 + 16 x 3 + 10 x 4 FE = —————————— = 2,36 74 + 16 + 10 Carga por Eixo Número de Veículos Fator de Equivalência de Operação Equivalência de Operações Eixos Simples < 5 62 - - 5 12 0,1 1,2 7 8 0,5 4,0 10 4 3,5 14,0 12 4 10,0 40,0 Eixos Tandem 17 4 8,0 32,0 19 3 15,0 45,0 21 3 30,0 90,0 TOTAL 100 226,2 FC = 226,2 / 100 = 2,262 N = Vt . FE . FC N = 1.296.480 x 2,36 x 2,262 = 6.921.025,11 N = 6,9 x 10 6 6.3. Camadas do Pavimento No item 1 deste Capítulo verificou-se que a estrutura de um pavimento pode ser constituída por até quatro camadas diferentes: revestimento, base, sub-base e reforço do subleito. A existência dessas duas últimas está relacionada com a possibilidade de diminuir o custo do pavimento quando o subleito tem uma resistência relativamente baixa, o que implica em uma grande espessura daquele. A definição das camadas do pavimento vai depender, então, da resistência do material do subleito, medida pelo seu CBR. Quando este CBR for maior do que 20%, praticamente não haverá necessidade de se prever sub-base, ficando o pavimento apenas com revestimento e base. Se o CBR do subleito for menor do que 20%, deverá ser prevista sub-base, e, eventualmente um reforço do subleito, quando seu CBR atingir níveis extremamente baixos. No caso de CBR do subleito inferior a 2%, é sempre preferível fazer a substituição na espessura de, pelo menos, um metro, por material com CBR superior a 2%. Os materiais componentes das camadas do pavimento serão função, em geral, da disponibilidade na região onde passa a estrada. Na pesquisa das jazidas a serem exploradas para execução do pavimento, deverá ser verificada, não só a qualidade dos materiais, mas também a quantidade passível de ser aproveitada. No caso de se utilizarem camadas granulares, a espessura mínima a adotar é de 15 cm. Dependendo dos materiais utilizados em cada camada, são definidos coeficientes de equivalência estrutural, segundo a tabela a seguir: Componentes do Pavimento Coeficiente K Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00 Base ou revestimento de pré-misturado a quente, de graduação densa 1,70 Base ou revestimento de pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40 Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,20 Camadas granulares 1,00 Solo-cimento com resistência a compressão a 7 dias superior a 45 kgf/cm 2 1,70 Solo-cimento com resistência a compressão a 7 dias entre 45 kgf/cm 2 e 28 kgf/cm 2 1,40 Solo-cimento com resistência a compressão a 7 dias entre 28 kgf/cm 2 e 21 kgf/cm 2 1,20 Base de solo-cal 1,20 6.4. Dimensionamento do Pavimento a) Espessura Mínima do Revestimento A fixação da espessura mínima a adotar para os revestimentos betuminosos é feita com o objetivo de proteger a camada de base dos esforços impostos pelo tráfego, bem como para se evitar a ruptura do próprio revestimento por esforços repetidos de tração na flexão. As espessuras a seguir recomendadas visam, especialmente, as bases de comportamento puramente granular e são ditadas pelo que tem se podido observar. N Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso N < 10 6 Tratamentos Superficiais Betuminosos 10 6 < N < 5 x 10 6 Revestimentos Betuminosos com 5 cm de espessura 5 x 10 6 < N < 10 7 Concreto Betuminoso com 7,5 cm de espessura 10 7 < N < 5 x 10 7 Concreto Betuminoso com 10,0 cm de espessura N > 5 x 10 7 Concreto Betuminoso com 12,5 cm de espessura b) Inequações Básicas R.KR + B.KB > H20 (1) R.KR + B.KB + h20.Ksub > Hn (2) R.KR + B.KB + h20.Ksub + h.Kref > Hm (3) A figura acima dá a simbologia utilizada no dimensionamento do pavimento: Hm designa, de modo geral, a espessura total de pavimento necessária para proteger um material com CBR = m; Hn designa, de modo geral, a espessura total de pavimento necessária para proteger um material com CBR = n; Mesmo que o CBR da sub-base seja superior a 20%, a espessura de pavimento necessária para proteger essa camada é determinada como se esse valor fosse 20% e, por essa razão, usam-se sempre os símbolos H20e h20 para designar a espessura de pavimento sobre a sub-base e a espessura da própria sub-base, respectivamente. Os valores de H20, Hm e Hn são obtidos do ábaco a seguir, que dá a espessura total de pavimento, necessária para proteger uma camada de um determinado CBR, em função de N. A espessura fornecida por esse ábaco considera o material do pavimento como tendo K = 1, ou seja, material granular. Para utilização do ábaco, entra-se com o valor de N nas abscissas, subindo-se verticalmente até atingir a reta correspondente ao CBR da camada que se quer proteger, e prosseguindo-se horizontalmente até encontrar o eixo das ordenadas, definindo-se o valor de H. Uma vez determinadas as espessuras H20, Hme Hn, dependendo, logicamente, das camadas que irão constituir o pavimento, e partindo-se da espessura mínima de revestimento R, já definida anteriormente, as espessuras da base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (hn) são obtidas pela resolução sucessiva das inequações básicas, já apresentadas. OBS.: Quando o CBR da sub-base for maior ou igual a 40% e para N < 10 6 , admite-se substituir na inequação (1) H20 por 0,8.H20. Quando N > 10 7 , recomenda-se substituir, na inequação (1), H20 por 1,2.H20. OBS.: Quando o revestimento se tratar de tratamento superficial betuminoso, sua espessura poderá ser desprezada, ou seja, o valor de R será considerado zero. 6.5. Pavimento por Etapas Muitas vezes, quando não se dispõe de dados seguros sobre a composição do tráfego, é conveniente a pavimentação por etapas, havendo ainda a vantagem de, ao se completar o pavimento para o período de projeto definitivo, eliminarem-se pequenas irregularidades que podem ocorrer nos primeiros anos de vida do pavimento. A pavimentação por etapas é especialmente recomendável quando, para a primeira etapa, pode-se adotar um tratamento superficial como revestimento, cuja espessura é perfeitamente desprezível; na segunda etapa a espessura a acrescentar vai ser ditada, muitas vezes, pela condição da espessura mínima de revestimento betuminoso a adotar. Exemplo: Uma estrada apresenta um volume médio diário de tráfego V1 = 150 veículos, com uma taxa de crescimento anual, em progressão geométrica, t = 6% e um Fator de Veículo FV = 1,7. Para um período P = 2 anos, tem-se: 365 . V1 [ ( 1 + t/100) P – 1 ] Vt = ———————————— t/100 365 x 150 [ ( 1 + 0,06) 2 – 1 ] Vt = ———————————— = 112.785 veículos 0,06 N = Vt . FV → N = 112.785 x 1,7 = 191.735 → N 2 x 10 5 Para um período P = 15 anos, tem-se: 365 x 150 [ ( 1 + 0,06) 15 – 1 ] Vt = ———————————— = 1.274.359 veículos 0,06 N = 1.274.359 x 1,7 → N 2,2 x 106 Sendo 2% o CBR do subleito, tem-se, para a primeira etapa (com tratamento superficial como revestimento), H2 = 87 cm. Para a segunda etapa (em que o revestimento betuminoso mínimo deve ser, em função de N, de 5 cm), H2 = 102 cm. A diferença é de 102 – 87 cm = 15 cm, e deve ser construído, para a segunda etapa, um revestimento de concreto asfáltico (KR = 2,0) com 7,5 cm de espessura. Se o CBR do subleito for igual a 15%, tem-se, para a primeira etapa, H15 = 28 cm e, para a segunda etapa, H15 = 32 cm. A diferença é de 32 – 28 = 4 cm e, portanto, deverá ser implantado, para a segunda etapa, um revestimento de concreto betuminoso com 5 cm (espessura mínima conforme tabela). Exercícios: 1. Dimensionar o pavimento de uma estrada em que N = 10 3 , sabendo-se que o subleito apresenta CBR = 3%, e que se dispõe de material granular para reforço do subleito com CBR = 9%, de material para sub-base com CBR = 20%, e de material para a base com CBR = 60%. Solução: Como N = 10 3 , o revestimento utilizado será um Tratamento Superficial betuminoso, considerando-se, portanto, R = 0. Os coeficientes de equivalência estrutural da base, sub-base e reforço do subleito serão iguais a 1,0 por serem essas camadas constituídas de material granular. Do ábaco ―Espessura do Pavimento x N‖ obtemos: N = 10 3 e CBR = 20% → H20 = 18 cm N = 10 3 e CBR = 9% → H9 = 27 cm N = 10 3 e CBR = 3% → H3 = 42 cm Resolvendo-se as inequações básicas, teremos: R.KR + B.KB > H20 0 + B x 1,0 > 18 → Adotar-se-á B = 18 cm R.KR + B.KB + h20.Ksub > Hn 0 + 18 x 1,0 + h20 x 1,0 > 27 → h20 > 9 cm Como a sub-base é granular a espessura mínima, que será a adotada, é h20 = 15 cm. R.KR + B.KB + h20.Ksub + h.Kref > Hm 0 + 18 x 1,0 + 15 x 1,0 + hn x 1,0 > 42 → hn > 42 – 18 – 15 → hn > 9 cm Como o reforço do subleito também é granular, adotar-se-á hn = 15 cm. 2. Dimensionar o pavimento para uma estrada em que N = 10 6 , sabendo-se que o subleito apresenta CBR = 12% e que dispõe-se de material granular para a sub- base com CBR = 40%, e para a base, com CBR = 80%. Solução: Como N = 10 6 , o revestimento será constituído por Tratamento Superficial betuminoso, cuja espessura R será desprezada. Os coeficientes de equivalência estrutural da base e da sub-base serão iguais a 1,0 por serem constituídas de material granular. Do ábaco ―Espessura do Pavimento x N‖ obtemos: N = 10 6 e CBR = 20% → H20 = 25 cm N = 10 6 e CBR = 12% → H12 = 34 cm Como N = 10 6 e CBRSB = 40%, podemos substituir na inequação (1) H20 por 0,8.H20. Resolvendo-se as inequações básicas, teremos: R.KR + B.KB > 0,8.H20 0 + B x 1,0 > 0,8 x 25 → B > 20 → Adotar-se-á B = 20 cm R.KR + B.KB + h20.Ksub > Hn 0 + 20 x 1,0 + h20 x 1,0 > 34 → h20 > 14 cm Como a sub-base é granular a espessura mínima, que será a adotada, é h20 = 15 cm. 3. Dimensionar o pavimento para uma estrada em que N = 7 x 106, sabendo-se que o subleito apresenta CBR = 12%, e que se dispõe de material granular para sub-base com CBR = 20% e para a base, com CBR = 80%. Solução: Como N = 7 x 10 6 , o revestimento sra em concreto asfáltico com 7,5 cm de espessura, sendo seu coeficiente de equivalência estrutural igual a 2,0. A base e a sub-base, por serem granulares terão K = 1,0. Do ábaco ―Espessura do Pavimento x N‖ obtemos: N = 7 x 10 6 e CBR = 20% → H20 = 27 cm N = 7 x 10 6 e CBR = 12% → H12 = 37 cm Resolvendo-se as inequações básicas, teremos: R.KR + B.KB > H20 7,5 x 2,0 + B x 1,0 > 27 → B > 12 → Adotar-se-á B = 15 cm R.KR + B.KB + h20.Ksub > Hn 7,5 x 2,0 + 15 x 1,0 + h20 x 1,0 > 37 → h20 > 7 cm Como a sub-base é granular a espessura mínima, que será a adotada, é h20 = 15 cm. 4. Dimensionar o pavimento para uma estrada em que N = 6 x 10 7 , sabendo-se que o subleito apresenta um CBR = 8%, dispondo-se de material granular para sub-base, com CBR = 40%, e para a base, com CBR = 80%. Solução: Como N = 6 x 10 7 , o revestimento será de concreto asfáltico com 12,5 cm de espessura, sendo seu coeficiente de equivalência estrutural igual a 2,0. A base e a sub-base, por serem granulares terão K = 1,0. Do ábaco ―Espessura do Pavimento x N‖ obtemos: N = 6 x 10 7 e CBR = 20% → H20 = 30 cm N = 6 x 10 7 e CBR = 8% → H8 = 55 cm Sendo N = 6 x 10 7 , deve-se substituir na inequação (1) H20 por 1,2.H20. Resolvendo-se as inequações básicas, teremos: R.KR + B.KB > 1,2.H20 12,5 x 2,0 + B x 1,0 > 1,2 x 30 → B >36 – 25 → Adotar-se-á B = 15 cm R.KR + B.KB + h20.Ksub > Hn 12,5 x 2,0 + 15 x 1,0 + h20 x 1,0 > 55 → h20 > 55 – 25 – 15 Adotar-se-á h20 = 15 cm.