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i PROJETO DE UMA ESTRADA QUE LIGA A AVENIDA ALBERTO LAMEGO À AVENIDA 28 DE MARÇO EM CAMPOS DOS GOYTACAZES-RJ GLEICY MARIA LOUVAIN DA SILVA RENATA BARBOSA ANDERSON UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO – UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ OUTUBRO - 2011 ii PROJETO DE UMA ESTRADA QUE LIGA A AVENIDA ALBERTO LAMEGO À AVENIDA 28 DE MARÇO EM CAMPOS DOS GOYTACAZES-RJ GLEICY MARIA LOUVAIN DA SILVA RENATA BARBOSA ANDERSON “Projeto Final em Engenharia Civil apresentado ao Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigências para obtenção do título de Engenheiro Civil”. Orientador: Prof. Gustavo de Castro Xavier Co-orientador: Prof. Paulo César de Almeida Maia UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO – UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES – RJ OUTUBRO – 2011 iii PROJETO DE UMA ESTRADA QUE LIGA A AVENIDA ALBERTO LAMEGO À AVENIDA 28 DE MARÇO EM CAMPOS DOS GOYTACAZES-RJ GLEICY MARIA LOUVAIN DA SILVA RENATA BARBOSA ANDERSON “Projeto Final em Engenharia Civil apresentado ao Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte das exigências para obtenção do título de Engenheiro Civil”. Aprovada em 3 de outubro de 2011. Comissão Examinadora: Prof. Ivan Ferreira Figueredo Prof. Aldo Durand Farfán (D.Sc., Engenharia Civil) – UENF Prof. Paulo César de Almeida Maia (Co-orientador, D.Sc., Engenharia Civil) – UENF Prof. Gustavo de Castro Xavier (Orientador, D.Sc., Engenharia Civil) – UENF iv DEDICATÓRIA Dedicamos este trabalho, primeiramente à Deus, às nossas famílias e aos nossos amigos! “Não percas a tua fé entre as sombras do mundo. Ainda que os teus pés estejam sangrando, segue para a frente, erguendo-a por luz celeste, acima de ti mesmo. Crê e trabalha. Esforça-te no bem e espera com paciência. Tudo passa e tudo se renova na terra, mas o que vem do céu permanecerá. De todos os infelizes os mais desditosos são os que perderam a confiança em Deus e em si mesmo, porque o maior infortúnio é sofrer a privação da fé e prosseguir vivendo. Eleva, pois, o teu olhar e caminha. Luta e serve. Aprende e adianta-te. Brilha a alvorada além da noite. Hoje, é possível que a tempestade te amarfanhe o coração e te atormente o ideal, aguilhoando-te com a aflição ou ameaçando-te com a morte Não te esqueças, porém, de que amanhã será outro dia.” v AGRADECIMENTOS Agradecemos à DEUS, pelas benções e força que tem nos dado em nossas vidas. Aos nossos orientadores: Prof. Gustavo de Castro Xavier e Prof. Paulo César de Almeida Maia, que nos encaminharam e auxiliaram nesta nossa importante jornada pelo conhecimento. A nossa amiga Luiza Artilles pela ajuda valiosa em nosso projeto, ao técnico Milton do laboratório de solos pelas informações e ensinamentos e a Nelson Anderson pela grande ajuda e paciência. À Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, a todo corpo docente do LECIV e do ciclo básico, que além de nos conduzirem ao conhecimento, nos ensinaram a sermos profissionais. A todos que direta ou indiretamente contribuíram na realização deste trabalho. Gleicy e Renata À minha mãe, Maria Gracinda que sempre esteve ao meu lado em todas as horas, principalmente nas minhas horas de fraqueza, onde quase desisti de meus sonhos. Uma pessoa que nunca perde a fé diante das dificuldades e sempre acreditou em minha capacidade de vitória mesmo quando eu mesma tinha dúvida. Muito obrigada e que ela esteja sempre ao meu lado. À minha família que esteve comigo nessa minha jornada, não só nos momentos de glória mais nos de derrota. Principalmente meus irmãos, Augusto Bráz e Hugo, os quais me ajudaram dando força com seu amor e carinho. Aos meus sobrinhos, Ana Beatriz, Caio Bráz e Ana Liz, por todas as alegrias proporcionadas e pelo seu amor incondicional. A minha cunhada Priscila pelas palavras de apoio e incentivo. À minha tia Jaine por todas as orações e carinho. Aos meus amados e saudosos avós Benedito Antonio e Glecy pelo seu exemplo de luta, educação e todos os aprendizados por eles me deixado. Aos meus amigos conquistados nesta universidade, os quais me ajudaram e me ajudam em minha trajetória acadêmica. Obrigado pelas amizades de vocês e ajuda. Em especial a minha parceira de projeto final, Renata por sua amizade e paciência. À minha primeira amiga aqui vi conquistada, Rayssa, por todo apoio desprendido a mim. Por último e não menos importante a amiga Caroline Pichulate pela sua amizade, compreensão e força. Obrigado a todos os meus amigos aqui não citados mais que fizeram e ainda fazem parte da minha trajetória nessa universidade, pois me ajudaram e me deram forças nos períodos mais difíceis. Gleicy Maria Louvain da Silva Dedico esse projeto primeiramente à Deus, que sempre renovou minha esperança nas horas de aflição. À minha mãe Tânia que mesmo não estando presente entre nós, me ensinou a ser tudo que sou hoje, me deu carinho e amor, e de onde estiver, está muito orgulhosa da minha vitória. Ao meu pai Nelson, um pai exemplar, sempre disposto a me ajudar com muita paciência e dedicação. Uma pessoa que me ensinou os valores mais importantes da vida: a família, a união, o respeito e a lutar pelos meus objetivos. Ao meus irmãos Vitor e Nelsinho, que tenho tanto carinho como se fossem meus filhos. Obrigada por sempre estarem ao meu lado, vocês são minha alegria. À Alice, uma amiga de todas as horas, que sempre sabe exatamente o que me dizer e sempre me ajudou nos momentos mais difíceis. À Joilza que dedicou sua vida para cuidar da minha família. Tenho você como uma segunda mãe. Ao meu noivo Júnior, que nunca me deixou desanimar, me mostrando sempre o melhor caminho a seguir. Obrigado pelo seu amor e alegria de viver. À minha nova amiga Gleicy, que mesmo conhecendo a pouco tempo, sei que será sempre minha companheira, como foi nesse momento tão importante. Às minhas amigas Daniella, Simara, Maíra, Thaís, Rayssa e Caroline pelos momentos em que estudamos e nos divertimos juntas. Renata Barbosa Anderson vii SUMÁRIO RESUMO.......................................................................................................................xii LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................xiii LISTA DE TABELAS......................................................................................................xv LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS, SÍMBOLOS, SINAIS E UNIDADE..................xvii CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO ............................................................................. 1 1.1. CONCEITOS INICIAIS ........................................................................................ 1 1.1.1. Histórico .............................................................................................................. 1 1.1.2. Definição de rodovia ............................................................................................ 2 1.2. CLASSIFICAÇÃO DAS RODOVIAS .................................................................... 5 1.3. PROJETO DE RODOVIAS .................................................................................. 6 1.4. PROJETO GEOMÉTRICO .................................................................................. 7 1.5. PROJETO DE TERRAPLENAGEM ..................................................................... 9 1.6. PROJETO PAVIMENTAÇÃO ............................................................................ 101.6.1. Classificação dos pavimentos ............................................................................ 10 1.7. OBJETIVO ......................................................................................................... 11 1.8. DADOS INICIAIS DE PROJETO ....................................................................... 11 1.9. CARACTERÍSTICAS DA RODOVIA .................................................................. 11 1.10. SOFTWARES UTILIZADOS .............................................................................. 12 CAPÍTULO II – ESTUDOS ................................................................................ 13 2.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 13 2.2 ESTUDOS TOPOGRÁFICOS............................................................................ 13 2.2.1 Fase de anteprojeto – Reconhecimento ............................................................ 13 2.2.2 Fase de projeto – Exploração locada ................................................................. 14 2.2.2.1 Locação e amarração do eixo...........................................................................14 2.2.3 Extensão do trecho em área .............................................................................. 16 2.2.4 Seções transversais .......................................................................................... 16 2.2.5 Apresentação do estudo .................................................................................... 16 2.3 ESTUDOS GEOTÉCNICOS .............................................................................. 17 viii 2.3.1 Estudo do sub-leito ............................................................................................ 17 2.3.1.1 Inspeção expedita e coleta de amostras ......................................................... 18 2.3.1.2 Ensaios de laboratório .................................................................................... 19 2.3.2 Estudo de empréstimos de jazidas .................................................................... 21 2.3.2.1 Coleta de amostras e ensaio ........................................................................... 21 2.3.3 Estudos de ocorrências de materiais para pavimentação .................................. 21 2.3.3.1 Jazidas de solos ............................................................................................. 23 2.3.3.1.1 Indicações gerais da jazida J-1 .................................................................... 24 2.3.3.1.2 Indicações gerais da jazida J-2 .................................................................... 24 2.3.3.2 Pedreira .......................................................................................................... 24 2.3.3.2.1 Coleta de amostras ...................................................................................... 24 2.3.3.3 Areal ............................................................................................................... 24 2.4 ESTUDO DE TRÁFEGO ................................................................................... 25 2.4.1 Projeção do tráfego ........................................................................................... 25 2.4.2 Classificação dos veículos e respectivas cargas de eixo ................................... 28 2.4.3 Matriz – carga X eixo ......................................................................................... 29 2.4.4 Fator climático regional...................................................................................... 31 2.4.5 Cálculo dos números de eixos equivalentes ...................................................... 31 2.4.6 CÁLCULO DO FATOR DE CARGA – (FC) ........................................................ 32 2.4.7 Cálculo do fator de eixo (FE) ............................................................................. 34 2.4.8 Cálculo do fator de veículo – (FV) ..................................................................... 34 2.4.9 Número “N” para o ano de abertura ................................................................... 34 2.4.10 Número “N” para o fim do horizonte de projeto 20 anos após abertura ............ 35 CAPÍTULO III – PROJETO GEOMÉTRICO ....................................................... 36 3.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 36 3.2 ESPECIFICAÇÕES ADOTADAS ....................................................................... 36 3.3 EXECUÇÃO DO PROJETO .............................................................................. 37 3.4 PROJETO HORIZONTAL E VERTICAL ............................................................ 37 3.5 ESTAQUEAMENTO .......................................................................................... 38 ix 3.6 SUPERELEVAÇÃO ........................................................................................... 38 3.6.1 Esquema de cálculo .......................................................................................... 39 3.7 SUPERLARGURA ............................................................................................. 40 3.8 EM PERFIL ....................................................................................................... 40 3.9 ELEMENTOS DO PROJETO ............................................................................ 41 3.9.1 ÍNDICES PLANIMÉTRICOS .............................................................................. 41 3.9.2 Índices altimétricos ............................................................................................ 41 CAPÍTULO IV – PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO ............................................. 43 4.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 43 4.1.1 Estudo do sub-leito ............................................................................................ 43 4.1.2 Estudo dos materiais disponíveis para pavimentação ....................................... 43 4.1.3 Estudo de empréstimos ..................................................................................... 43 4.2 ELEMENTOS CONSTITUINTES DO PAVIMENTO ........................................... 44 4.2.1 Revestimento .................................................................................................... 44 4.2.2 Base .................................................................................................................. 44 4.2.3 Sub – base ........................................................................................................ 45 4.3 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO ........................................................... 45 4.3.1 Cálculo do número “n” ....................................................................................... 45 4.3.2 CBR do subleito................................................................................................. 46 4.4 MÉTODO DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS – DNER / 1966 ......... 46 4.4.1 Determinação das camadas .............................................................................. 46 4.4.2 Valores das camadas Hn e H20 ........................................................................ 49 4.4.3 Espessura do revestimento (R) ......................................................................... 49 4.4.4 Espessura da base (B) ...................................................................................... 50 4.4.5 Espessura da sub-base (h20) ............................................................................ 51 4.4.6 Espessura do reforço (Hn) ................................................................................. 51 CAPÍTULO V – ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE TALUDES ...............................54 5.1 ANÁLISE DE ESTABILIDADE ..................................................................................... 54 5.1.1 Conceitos básicos .......................................................................................................... 54 x 5.1.2 Análise de estabilidade de rupturas rotacionais ........................................................ 55 5.1.3 Metodologia de Cálculo ................................................................................................. 60 5.1.4 Resultados da análise da estabilidade global ........................................................... 60 CAPÍTULO VI – PROJETO DE TERRAPLANAGEM ............................................... 64 6.1 DEFINIÇÕES .................................................................................................................. 64 6.2 ANÁLISE DO PROJETO .............................................................................................. 66 6.3 CÁLCULO DOS VOLUMES DE TERRAPLANAGEM .............................................. 68 6.4 SISTEMÁTICA DE CÁLCULO ..................................................................................... 68 6.4.1 Diagrama de massas ou diagrama de bruckner ....................................................... 70 6.5 COMPACTAÇÃO DE ATERROS ................................................................................ 71 6.5.1 Compactação no campo ............................................................................................... 74 6.5.2 Padronização da energia de compactação ................................................................ 76 6.5.3 Acerto da umidade e homogeneização ...................................................................... 76 6.5.4 Compactação propriamente dita ................................................................................. 76 CAPÍTULO VII – SINALIZAÇÃO.................................................................................. 78 7.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 78 7.2 OBJETIVO....................................................................................................................... 79 7.3 METODOLOGIA EMPREGADA .................................................................................. 79 7.4 SINALIZAÇÃO HORIZONTAL ..................................................................................... 79 7.4.1 Padrão de formas: ......................................................................................................... 80 7.4.2 Padrão de cores ............................................................................................................. 81 7.4.3 Dimensões ...................................................................................................................... 82 7.4.4 Classificação ................................................................................................................... 82 7.5 PROJETO DE SINALIZAÇÃO HORIZONTAL .......................................................... 83 7.5.1 Linhas laterais demarcadoras dos bordos das pistas de rolamento ...................... 83 7.5.2 Linha de proibição e permissão de ultrapassagem .................................................. 83 7.5.3 Linhas de faixas de pedestres ..................................................................................... 84 7.5.4 Linhas delimitadoras de parada de veículos específicos ........................................ 85 xi 7.5.5 Linha de retenção .......................................................................................................... 85 7.5.6 Linhas de estimulo à redução de velocidade ............................................................ 86 7.5.7 Linha de “dê a preferência” .......................................................................................... 86 7.5.8 Marcação de cruzamentos ........................................................................................... 86 7.6 SINALIZAÇÃO VERTICAL ........................................................................................... 87 7.7 PROJETO DE SINALIZAÇÃO VERTICAL ................................................................. 88 7.7.1 Sinais de regulamentação ............................................................................................ 88 7.7.2 Dimensões ...................................................................................................................... 89 7.7.3 Posicionamento na via .................................................................................................. 90 7.7.4 Sinais de advertência .................................................................................................... 91 7.7.4.1 Dimensões .................................................................................................................... 93 7.7.4.2 Distância de visibilidade ............................................................................................. 93 7.8 APRESENTAÇÃO DO PROJETO .............................................................................. 95 CAPÍTULO VIII – CONCLUSÃO.................................................................................. 96 BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................97 APÊNDICE I – ELEMENTOS DO PROJETO GEOMÉTRICO......................................98 APÊNDICE II – TABELA DE CÁLCULO DOS VOLUMES ACUMULADOS................102 APÊNDICE III – DIAGRAMA DE BRUCKNER............................................................105 ANEXO I – ENSAIOS DO SUBLEITO.........................................................................106 ANEXO II – CAIXAS DE EMPRÉSTIMO – JAZIDA 1.................................................107 ANEXO III – LOCALIZAÇÃO DA JAZIDA...................................................................111 ANEXO IV – LOCALIZAÇÃO DA PEDREIRA.............................................................112 ANEXO V - LOCALIZAÇÃO DO AREAL.....................................................................113 ANEXO VI – SONDAGEM DO SUBLEITO.................................................................114 RESUMO Este projeto tem como objetivo a elaboração do projeto de uma rodovia vicinal na cidade de Campos dos Goytacazes, estado do Rio de Janeiro. xii Através de estudos topográficos; de tráfego e geotécnico cedidos por uma construtora, partiu-se para o desenvolvimento dos projetos: geométrico, de terraplanagem, de pavimentação e de sinalização em 2333,36 metros da Avenida Arthur Bernardes, que ligas a Avenidas Alberto Lamego à Avenida 28 de, da estaca 0 a 111+13,36m. As estacas foram espaçadas de 20 em 20 metros. O projeto será constituído do detalhamento dos elementos projetados através de plantas com os projetos mencionados, bem como detalhes de todas as estacas por meio de suas seções transversais. PALAVRAS CHAVE: rodovia; geométrico; terraplanagem; pavimentação; sinalização. xiii LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Curva de Rendimentos Decrescentes .............................................................. 5 Figura 1.2 – Elementos da Rodovia ........................................................................................ 9 Figura 1.2 - Mapa de Localização .......................................................................................... 12 Figura 2.1 – Localização do Eixo. .......................................................................................... 14 Figura 3.1 - Forças Atuantes em um Veículo em Movimento ........................................... 38 Figura 4.1 – Camadas do pavimento .................................................................................... 46 Figura4.2 – Dimensionamento das camadas do pavimento – DNIT 2006 ..................... 48 Figura 4.3. – Camadas do pavimento com as suas determinadas alturas ..................... 52 Figura 4.4. – Projeto da seção transversal com suas respectivas camadas e altura .... 53 Figura 5.1. - Tipos de rupturas – DER - SP ......................................................................... 54 Figura 5.3 – Rupturas rotacionais em solos: a) restrito à massa acima do pé do talude; b) incluindo parcela de solo da “fundação do talude”. ............................................. 55 Figura 5.4 – Maciço analisado e superfície hipotética de ruptura para análise.............. 56 Figura 5.5 – Método de Fellenius .......................................................................................... 57 Figura 5.6 – Esquema de forças na fatia, Método de Bishop Simplificado. .................... 58 Figura 5.7 – Variação do fator f0 em função do parâmetro d/L e do tipo de solo ........... 59 Figura 5.8 – Superfícies e raios de escorregamento do talude de inclinação 1V:1 H ... 61 Figura 5.9 – Superfície crítica de ruptura do talude de inclinação 1V:1 H ...................... 61 Como solução optou-se por alterar a inclinação do talude de aterro para 1V : 2H, onde obteve-se o fator de segurança igual a 1,574 como mostrado na Figura 5.11. ... 62 Figura 5.10 – Superfícies e raios de escorregamento do talude de inclinação 1V:2 H 62 Figura 5.11 – Superfície crítica de ruptura do talude de inclinação 1V:2 H. ................... 62 Figura 5.12 –Superfície crítica de ruptura do talude de inclinação 1V:1 H com mudança da coesão do aterro ....................................................................................................... 63 Figura 5.13 – Superfície crítica de ruptura do talude de inclinação 1V:2 H com mudança da coesão do aterro. .................................................................................... 63 Figura 6.1 - Corte de terreno .................................................................................................. 64 xiv Figura 6.2: Corte de terreno para rebaixamento de plataforma e reforço ....................... 65 Figura 6.3 - Alargamento de terreno ..................................................................................... 65 Figura 6.4 - Aterro .................................................................................................................... 66 Figura 6.5: Seções Transversais Simplificado ..................................................................... 68 Figura 6.6 - Prismóide ............................................................................................................. 69 Figura 6.7 - Perfil Perfil longitudinal do greide no terreno .................................................. 70 Figura 6.8 – Gráfico de compactação MANUAL PAV DNIT .............................................. 72 Figura 6.9 – Curvas de compactação para diferentes energias - Manual de Pavimentação DNIT ....................................................................................................... 73 Figura 7.1 – Sinalização de cruzamento .............................................................................. 87 Figura 7.2 – Posicionamento das placas verticais .............................................................. 91 xv LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 – Relações das curvas horizontais .................................................................... 15 Tabela 2.2 – Resumo das Quantidades dos estudos geotécnicos no sub-leito ............. 20 Tabela 2.3 – Resumo das Quantidades de estudos geotécnicos nas caixas de ........... 21 empréstimo ................................................................................................................................ 21 Tabela 2.4 – Contagem de tráfego ........................................................................................ 26 Tabela 2.5 – Taxas de crescimento de tráfego ................................................................... 26 Tabela 2.6 – Volumes diários médios de tráfego evoluídos até 2012 (ano de abertura) .......................................................................................................................................... 27 Tabela 2.7 – Volume diário médios de tráfego evoluídos até 2019 (Fim do Horizonte de Projeto). ........................................................................................................................... 28 Tabela 2.8 – Classificação dos veículos agrupados em frotas e respectivas cargas por eixo. .................................................................................................................................. 29 Tabela 2.9 – Matriz – carga X eixo (pesagem: quadro de frequência). ........................... 30 Tabela 2.10- Fator de equivalência de operações. ............................................................. 33 Tabela 2.11 – Fator de equivalência. .................................................................................... 33 Tabela 3.1- Instruções específicas da rodovia, de acordo com apostila Shu Han Lee 36 Tabela 3.2– Relação das curvas locadas ............................................................................. 41 Tabela 3.3 – Características das curvas horizontais .......................................................... 42 Tabela 3.4 - Caracterização das curvas verticais ............................................................... 42 Tabela 4.1 – Espessura mínima de revestimento betuminoso – DNIT 2006.................. 49 Tabela 4.2 – Coeficiente de equivalência - DNIT 2006 ...................................................... 50 Tabela 5.1 – Parâmetros de resistência ............................................................................... 62 Tabela 6.1 – Equipamentos de compactação ...................................................................... 76 Tabela 6.2 – Resumo da compactação das camadas do aterro ...................................... 77 Tabela 7.1 – Velocidade rodovia X largura da linha divisória da pista ............................ 84 Tabela 7.2 - Dimensões mínimas - sinais de forma circular. ............................................. 89 Tabela 7.3 - Dimensões mínimas - sinal de forma triangular ............................................ 89 xvi Tabela 7.4 - Dimensões recomendadas - sinais de forma circular .................................. 90 Tabela 7.5 - Dimensões recomendadas - sinal de forma triangular ................................. 90 Tabela 7.6 - Dimensões mínimas – Sinais de forma quadrada ........................................ 93 Tabela 7.7 - Dimensões mínimas – Sinais de formar retangular ...................................... 93 Tabela 7.8 - Distância mínima de visibilidade. .................................................................... 94 Tabela 7.9 - Distância de desaceleração e/ou manobra .................................................... 94 Tabela 7.10 - Distância mínima de desaceleração e/ou manobra. .................................. 95 xvii LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS, SÍMBOLOS, SINAIS E UNIDADES DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica Vph Veículos por hora PC Ponto de Curva PI Ponto de Interseção PT Ponto de Tangente PCV Ponto de Curva Vertical PIV Ponto de Interseção Vertical PTV Ponto de Tangente Vertical FC Fator de Carga FE Fator de Eixo FR Fator RegionalClimático FZ Fator de Correção Sazonal de Tráfego Ft Força Tangencial Fa Força de Atrito Fc Força Centrípeta f Coeficiente e Atrito m Massa v Velocidade R Raio da Curvatura g Aceleração da Gravidade DEVOP Departamento de Viação e Obras Públicas AASHTO American Association Of State Highway And Transportation Officials 1 1 CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO 1.1. CONCEITOS INICIAIS 1.1.1. Histórico Pesquisas arqueológicas mostram que as primeiras estradas foram construídas a partir de trilhas usadas por povos pré-históricos. A partir dos séculos XVII e XVIII, a expansão do transporte humano e de mercadorias por carruagens deu origem a novo surto de melhoramento das estradas e alguns países da Europa adotaram programas rodoviários. Dois escoceses, Thomas Telford e John Loudon McAdam, criaram os princípios científicos que serviram de base às rodovias modernas: drenagem, fundações adequadas e criação de uma superfície resistente. O nome de Telford ficou ligado a um tipo de pavimento a base de piche e o de McAdam ao macadame, revestimento formado por camadas de cascalhos aglutinados com asfalto, com a superfície coberta por uma ligeira aplicação de asfalto com lascas de pedra. O interesse pela construção de rodovias cresceu até o século XIX e então declinou, com o surgimento e o progresso do sistema de ferrovias. Veículos de tração animal não podiam competir com os trens e as rodovias só voltaram a se expandir no século XX, com o aparecimento dos carros e caminhões. O automóvel e, um pouco mais tarde, os caminhões para carga pesada, introduziram exigências totalmente novas para a construção de estradas e rodovias e o crescimento da produção da indústria automobilística obrigou quase todos os países a investirem uma parcela considerável do orçamento de obras públicas na melhoria e expansão dos sistemas rodoviários. A alta velocidade alcançada pelos automóveis obrigou os projetistas a aperfeiçoarem a qualidade dos materiais usados na pavimentação e a estabelecerem sinalização adequada e traçado mais seguro para as rodovias. A idéia de uma estrada desenhada exclusivamente para veículos de grande velocidade, a rodovia, auto-estrada ou autopista, surgiu na Alemanha em 1926. Atualmente, quase todos os países dispõem de redes de auto-estradas, de maior ou 2 menor extensão e eficiência de acordo com o nível de progresso econômico de cada país. As estradas brasileiras tiveram sua construção iniciada apenas no século XIX. Em 1920, houve um grande aumento na construção de rodovias. Com a criação do DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem), em 1937, se intensificou a pavimentação das estradas, e passou a vigorar o Plano Nacional de Viação, que modificou e definiu o sistema rodoviário federal. As dificuldades econômicas do país a partir do final da década de 1970 causaram uma progressiva degradação da rede rodoviária. A construção de novas estradas foi praticamente paralisada ou se manteve apenas setorialmente e em ritmo muito lento e a manutenção deixou de obedecer a requisitos elementares. Tal situação acarretava perda de vidas em acidentes e atropelamentos, sem contar os graves prejuízos causados a setores essenciais da economia. As estradas pavimentadas permitem o acesso barato e rápido de homens e mercadorias aos pontos mais remotos de uma nação. De utilidade indiscutível para indivíduos, sociedades e economias de qualquer período da história, o deslocamento por via terrestre transformou-se no principal meio de transporte de médias e longas distâncias do mundo contemporâneo. 1.1.2. Definição de rodovia Rodovia, também conhecida como estrada de rodagem, é um caminho público, construído de acordo com certos requisitos técnicos, destinado principalmente ao tráfego de veículos. O seu uso por parte de pedestres e ciclistas pode ou não ser proibido. No uso contemporâneo, a palavra rodovia é sinônimo de auto-estrada ou autopista, pavimentada, de pista dupla, para veículos de alta velocidade. As rodovias federais são designadas por uma sigla “BR” (indicativo de qualquer rodovia federal brasileira), seguido de um traço separador, e de um número de três algarismos (BR-XXX), o primeiro algarismo indica a categoria da rodovia, e os dois remanescentes indicam a posição da rodovia em relação aos limites geográficos do país e em relação a Brasília, a capital federal. As rodovias estaduais chamadas de AB-XX(X) (onde as letras AB representam o código do Estado brasileiro e o XXX ou XX é o código da estrada). De acordo com as disposições gerais dos traçados, as rodovias federais são 3 classificadas em 5 categorias: rodovias radiais, que têm uma extremidade em Brasília e outra extremidade em outro ponto importante do país, com códigos do tipo BR-0x0; rodovias longitudinais, que se desenvolvem segundo a direção geral Norte – Sul, com código iniciando em BR-1xx; rodovias transversais, cujos traçados se desenvolvem segundo a direção geral Leste – Oeste, iniciando em BR-2xx; rodovias diagonais, se desenvolvem segundo as direções gerais Noroeste – Sudeste (Pares) e Nordeste – Sudoeste (Ímpares), iniciando em BR-3xx e rodovias de ligação, iniciam-se em BR-3xx, são aquelas que não se enquadram nas categorias anteriores. Para tanto, pode-se ainda classificar as rodovias de acordo com o tipo de serviço que elas oferecem, não importando suas localizações ou disposições geográficas. As rodovias podem ser agrupadas nos seguintes Sistemas Funcionais, de acordo com suas funções de mobilidade e de acesso: - Sistema Arterial, que compreende as rodovias cuja função principal é a de propiciar mobilidade; - Sistema Coletor, engloba as rodovias que proporcionam um misto de funções de mobilidade e de acesso; - Sistema Local, abrange as rodovias cuja função principal é oferecer oportunidades de acesso. As rodovias de pequeno porte são geralmente utilizadas, na realização de uma viagem típica, onde o início e o final do percurso proporcionam acesso aos locais de origem e destino. Para a realização do percurso em si, no entanto, principalmente quando este é longo, são utilizadas rodovias de grande porte, que proporcionam elevada mobilidade. Nas porções intermediárias do percurso, intermediando os extremos, entre as rodovias que oferecem maiores facilidades de acesso e as que propiciam elevados níveis de mobilidade, são utilizadas rodovias que oferecem uma combinação de possibilidades, tanto de mobilidade como de acesso. Dois outros conceitos para fins de classificação funcional são ainda considerados – o de extensão de viagem e o de rendimentos decrescentes – que permitem distinguir melhor as rodovias quanto às funções que elas oferecem, possibilitando a subdivisão dos sistemas funcionais, Arterial e Coletor em classes mais específicas. Extensão de viagem se relaciona com o fato de que viagens longas têm relação com 4 crescente mobilidade e menores possibilidades de acesso. Sendo assim, a maior parte das viagens longas demanda rodovias do Sistema Arterial, que oferecem grande mobilidade, que engloba viagens internacionais, inter-regionais e interestaduais; por outro lado, a maioria das viagens curtas demanda rodovias do Sistema Local, de baixa mobilidade, mas com grandes possibilidades de acesso, como viagens intra-municipais, com acesso de pequenas localidades e áreas rurais às rodovias de sistemas superiores. Rendimentos decrescentes diz respeito ao fato de que, num sistema de rodovias, como em qualquer rede física que dê suporte à circulação de fluxos, as maiores quantidades desses fluxos ocorrem em uma pequena parte da extensão da rede, ao passo que fluxosmuito pequenos acontecem em grande parte da extensão física. A consideração desses dois conceitos, na análise de uma rede de rodovias que serve a um país (ou mesmo a uma grande região), permite que sejam caracterizadas as rodovias mais adequadas para cada padrão de extensão de viagem e, uma vez quantificados os respectivos trechos homogêneos e fluxos, permite também a construção da curva de rendimentos decrescentes, com a definição dos parâmetros identificadores dos limites de cada sistema funcional. No gráfico da Figura 1.1 está ilustrada a curva de rendimentos decrescentes resultante dos estudos de classificação funcional de rodovias realizados pelo DNER, abrangendo a rede de rodovias em operação no Brasil em 1973. O exame deste gráfico permite que se observe com clareza as citadas características de funcionamento de uma rede de rodovias. 5 Figura 1.1 – Curva de Rendimentos Decrescentes O Sistema Arterial, serve aos grandes geradores de tráfego e ao trânsito de longo curso demandando elevados níveis de mobilidade, atende à maior percentagem dos vpd.km do sistema, mas compreende uma percentagem relativamente pequena da extensão total de rodovias. Na outra ponta, o Sistema Local, serve aos pequenos geradores de tráfego e ao trânsito de curto percurso demandando maiores possibilidades de acessos e baixos níveis de mobilidade, atende a uma pequena percentagem dos vpd.km do sistema, mas abrange uma percentagem bastante elevada da extensão total da rede. Entre esses extremos situa-se o Sistema Coletor, no qual se verifica um relativo equilíbrio entre as percentagens da extensão da rede compreendidas pelo sistema e de vpd.km atendidos. 1.2. CLASSIFICAÇÃO DAS RODOVIAS De acordo com as normas do DNER, existem 5 classes técnicas para o 6 projeto de rodovias rurais integrantes da rede nacional, que são descritas e seguir: - Classe 0 ou Especial, que corresponde ao melhor padrão técnico, com características técnicas mais exigentes, sendo sua adoção feita por critérios de ordem administrativa; trata-se de projeto de rodovia em pista dupla, com separação física entre as pistas, interseções em níveis distintos e controle total de acessos, com características de Via Expressa; - Classe I, que é subdividida nas classes IA e IB; a Classe IA corresponde a projeto de rodovia com pista dupla, admitindo interseções no mesmo nível e com controle parcial de acessos, sendo a definição por esta classe feita com base em estudos de capacidade de rodovias; a Classe IB corresponde a projeto de rodovia em pista simples, sendo indicada para os casos em que a demanda a atender é superior a 200 vph ou superior a 1.400 vpd, mas não suficiente para justificar a adoção de classes de projeto superiores; - Classe II, que corresponde a projeto de rodovia em pista simples, cuja adoção é recomendada quando a demanda a atender é de 700 vpd a 1.400 vpd. Esta foi adotada na realização deste projeto final; - Classe III, que corresponde a projeto de rodovia em pista simples, sendo recomendada para o projeto de rodovias com demanda entre 300 vpd e 700 vpd; - Classe IV, que é a classe de projeto mais pobre, correspondendo a projeto de rodovia em pista simples, sendo subdividida nas classes IVA e IVB; a Classe IVA tem sua adoção recomendada para os casos em que a demanda, na data de abertura da rodovia ao tráfego, situa-se entre 50 vpd e 200 vpd, sendo a Classe IVB reservada aos casos em que essa demanda resulte inferior a 50 vpd. Para classificação da estrada proposta neste projeto, foi usada a mesma classificação das rodovias rurais, embora a mesma esteja situada em área urbana. 1.3. PROJETO DE RODOVIAS O projeto da avenida em questão visa, além de permitir a perfeita execução da obra, possibilitar a sua visualização, o acompanhamento de sua elaboração, seu exame e sua aceitação e o acompanhamento da obra. O processo comporta três etapas que se caracterizam pelo crescente grau de precisão: Estudos Preliminares; Anteprojeto e Projeto. - Estudos Preliminares: são uma determinação preliminar, por meio de 7 levantamento expedito de todas as condicionantes do projeto das linhas a serem mais detalhadamente estudadas com vistas à escolha do traçado. Tais estudos devem ser subsidiados pelas indicações de planos diretores, reconhecimentos, mapeamentos e outros elementos existentes; - Anteprojeto: Definição de alternativas, em nível de precisão que permita a escolha do(s) traçado(s) a ser(em) desenvolvido(s). Nesta fase são desenvolvidos, ordinariamente os Estudos de Tráfego, Estudos Geológicos, Estudos Topográficos e Estudos Geotécnicos; - Projeto: Compreende o detalhamento do Anteprojeto e perfeita representação da obra a ser executada, devendo definir todos os serviços a serem realizados e quantificados e contendo ainda o plano de execução da obra. Nesta fase são complementados os estudos e desenvolvidos o Projeto Geométrico, Projeto de Terraplenagem, Projeto de Pavimentação, Projeto de Interseções, Projeto de Obras Complementares (envolvendo, Sinalização). A seguir será feita a abordagem dos projetos que estão na competência desse trabalho, tais como: o projeto geométrico, o projeto de terraplanagem, o projeto de pavimentação, análise de estabilidade de taludes e o projeto de sinalização. 1.4. PROJETO GEOMÉTRICO Esta etapa trata da fixação das características geométricas da plataforma, e em particular, da pista de rolamento, em função da classe da rodovia e da região por ela atravessada. Para o prosseguimento no entendimento das etapas desse projeto é fundamental o esclarecimento de algumas definições dos diversos elementos que condicionam o projetista de uma estrada, são eles: - Eixo da rodovia – é a linha que representa geometricamente a rodovia, projetada no plano horizontal; em uma seção transversal, o eixo se resume a um ponto; - Faixa de rolamento (ou faixa de trânsito) – é o espaço dimensionado e destinado à passagem de um veículo por vez; no caso mais simples, de rodovia com 2 faixas de trânsito, uma para cada sentido do percurso e no caso de rodovia com pista dupla, com duas faixas de trânsito por sentido; - Pista de rolamento – é o espaço correspondente ao conjunto de faixas 8 contíguas; temos o caso de pistas simples e o caso de pista dupla, com separação física entre as pistas; - Acostamento – é o espaço adjacente à faixa de trânsito que é destinado à parada emergencial de veículos, não sendo em geral dimensionada para suportar o trânsito de veículos (que pode ocorrer em caráter esporádico); nas seções de aterro, os acostamentos externos poderão incluir uma largura adicional (não utilizável pelos veículos) destinada a instalação de dispositivos de sinalização (placas) ou de segurança (guard- rails); nos casos de pistas duplas, o acostamento adjacente à faixa de trânsito mais à direita de uma pista, em cada sentido de percurso (faixa externa), é denominada acostamento externo, e o adjacente mais à esquerda, em cada sentido de percurso (faixa interna) é denominado acostamento interno (observe-se que os acostamentos são também dotados de inclinações transversais, com o objetivo de permitir o escoamento das águas de superfície par fora da pista); - Sarjeta – dispositivo de drenagem superficial, nas seções de corte, que tem por objetivo coletar as águas de superfície, conduzindo-as longitudinalmente para fora do corte; - Abaulamento – é a inclinação transversal das faixas de trânsito (ou da pista), introduzida com o objetivo de direcionar o escoamento das águas de superfície para fora da pista; no caso de pista dupla, não se trata de abaulamento propriamente dito, mas de inclinações transversais da pista (que podem ser independentes); - Plataforma – é a porção da rodovia compreendida entre os bordos dos acostamentos externos, mais as larguras das sargetas e/ ou as larguras adicionais,conforme se trate de seções de corte, de aterros ou mista ; - Saia de aterro – a superfície lateral (geralmente inclinada) que resulta da conformação de uma seção de aterro; a interseção dessa superfície com o terreno natural é denominada pé do aterro, sendo a interseção com a plataforma denominada crista do aterro; - Rampa de corte – a superfície lateral (geralmente inclinada) que resulta da conformação de uma seção de corte; a interseção dessa superfície com o terreno natural é denominada crista do corte, sendo a interseção com a plataforma denominada pé do corte; - Talude – a forma de caracterizar a inclinação da saia do aterro ou da rampa do corte, sendo expresso pela relação v : h (ou v/h) entre os catetos vertical (v) e horizontal (h) de um triângulo retângulo cuja hipotenusa coincide com a superfície 9 inclinada (matematicamente, o talude expressa a tangente do ângulo que a superfície inclinada forma horizontalmente); - Valeta de proteção de corte – dispositivo de drenagem superficial, disposto a montante das seções de corte, que tem por objetivo interceptar as águas superficiais que correm em direção à rampa de corte, conduzindo-as longitudinalmente para fora das seções de corte; geralmente são pequenas valas simplesmente cavadas no terreno natural, sendo o material resultante da escavação depositado a jusante da valeta, constituindo um pequeno dique, denominado banqueta de proteção do corte, cuja função é a de servir como barreira para prevenção quanto a eventuais extravasamentos da valeta; - Off-sets – dispositivos (geralmente varas ou estacas) que servem para referenciar a posição das marcas físicas correspondentes às cristas de corte ou dos pés dos aterros, colocados em pontos afastados por uma distância fixa convencionada (daí a denominação, do original em inglês, que designa tal asfaltamento), com o objetivo de facilitar a reposição das marcas, se arrancadas durante a construção dos cortes ou dos aterros. Figura 1.2 – Elementos da rodovia 1.5. PROJETO DE TERRAPLENAGEM Este projeto consiste na determinação dos volumes de terraplenagem, dos locais de empréstimos e bota-fora de materiais e na elaboração de quadros de distribuição do movimento de terra. Na fase de anteprojeto foram analisadas cuidadosamente as alternativas em relação a movimentação dos volumes de terraplenagem, de modo a ajustar, entre outras, as necessidades de empréstimos e bota-fora com disponibilidade de áreas para tal. Da 10 mesma forma, pesquisas para determinação de possíveis locais de caixa de empréstimos devem ser realizadas. Para análise da distribuição dos materiais escavados foi utilizado o diagrama de massas ou diagrama de Brückner. Essa distribuição corresponde a definição da origem e o destino dos solos e rochas, com indicação de seus volumes, classificações e distâncias médias de transporte. O projeto de terraplenagem constitui o cálculo do movimento de terra; constituição dos aterros e detalhes das seções transversais - tipo. 1.6. PROJETO PAVIMENTAÇÃO Em rodovias, pavimento é a superestrutura, constituído por um sistema de camadas de espessuras finitas, assentes sobre um semi-espaço considerado teoricamente como infinito - a infraestrutura ou terreno de fundação, designada de subleito. O subleito, que se encontra logo abaixo do pavimento, deve ser estudado e considerado até a profundidade onde atua, considerando de forma significativa as cargas impostas pelo tráfego. Na prática, tal profundidade deve situar-se numa faixa de 0,60 m à 1,50 m. O pavimento, por injunções de ordem técnico-econômicas é uma estrutura de camadas em que materiais de diferentes resistências e deformabilidades são colocados em contato. Resultando um elevado grau de complexibilidade no que diz respeito ao cálculo de tensões e deformações. 1.6.1. Classificação dos pavimentos De uma forma geral, os pavimentos são classificados em flexíveis, semi- rígidos e rígidos: - Flexível: aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa sob o carregamento aplicado e, portanto, a carga se distribui em parcelas aproximadamente equivalentes entre as camadas. Exemplo típico: pavimento constituído por uma base de brita (brita graduada, macadame) ou por uma base de solo pedregulhoso, revestida por uma camada asfáltica; 11 - Semi-rígido: caracteriza-se por uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias como por exemplo, por uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica; - Pavimento rígido: aquele em que o revestimento tem elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. Exemplo típico, pavimento constituído por lajes de concreto de cimento Portland. 1.7. OBJETIVO O objetivo deste projeto é a elaboração de um projeto de um trecho de uma rodovia vicinal ligando a Avenida Alberto Lamego à Avenida 28 de Março na cidade de Campos dos Goytacazes, Estado de Rio de Janeiro. Nomeada de Avenida Arthur Bernardes, classe II, comprimento de 2233,36 metros em relevo plano, apresentando em sua constituição pavimento flexível. A escolha da referida classe, segundo norma do DNIT - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes deve-se a questões econômicas, técnicas e sociais. 1.8. DADOS INICIAIS DE PROJETO Os dados necessários ao estudo de implantação do projeto da rodovia foram cedidos pela empresa ALFA Engenharia e Projetos LTDA – Contagem MG: estudos geotécnicos e estudos topográficos. O estudo de tráfego foi elaborado durante a disciplina de Sistema de Transporte. Essas informações são utilizadas para a elaboração deste projeto. 1.9. CARACTERÍSTICAS DA RODOVIA O trecho utilizado no presente projeto é parte integrante da Avenida Arthur Bernardes, ligando a Avenida Alberto Lamego à Avenida 28 de Março na cidade de Campos dos Goytacazes, Estado do Rio do Janeiro, atravessando região de relevo plano, de forma geral como está apresentado na Figura 1.2. A rodovia projetada possui estaqueamento de 20 em 20 metros com início na estaca 0, Avenida Alberto e final na estaca 111 + 13,36 metros. 12 O traçado horizontal apresenta um total de 2 curvas sendo 1 à direita e 1 à esquerda, no sentido da Avenida Alberto Lamego para a Avenida 28 de Março. Figura 1.2 - Mapa de Localização 1.10. SOFTWARES UTILIZADOS - AutoDesk AutoCad – desenvolvimento do detalhamento das plantas nas diversas etapas; - Microsoft Excel – cálculo de dados topográficos e da movimentação de terra (terraplenagem ) ; - Geo Slope Office – verificação da estabilidade dos taludes decorrentes de regiões em corte ou aterro. 13 2 CAPÍTULO II – ESTUDOS 2.1 INTRODUÇÃO O Projeto Final de Engenharia da Avenida Arthur Bernardes ligando a Avenida Alberto Lamego à Avenida 28 de Março na cidade de Campos dos Goytacazes, Estado de Rio de Janeiro, foi elaborado através de estudos executados pela ALFA Engenharia e Projetos LTDA. 2.2 ESTUDOS TOPOGRÁFICOS Para a construção de uma estrada, os estudos topográficos são considerados os principais, pois fornecem os elementos fundamentais para a elaboração do projeto geométrico. A possibilidade do prévio conhecimento de uma área ou a necessidade de maior dinamismo nos serviços, pode fazer com que essas etapas sejam otimizadas ou realizadas simultaneamente. Os estudos topográficos foram executados, visando programar e dinamizar os levantamentos de campo. 2.2.1 Fase de anteprojeto – Reconhecimento É a primeira fase da escolha do traçado de uma estrada. Nesta fase foram coletados dados e desenvolvidos os estudos topográficos, estudos geotécnicos e estudos hidrológicos. Os principais objetivos nessa fase é: levantar e analisar os dados de uma região; estudar uma larga faixa do terreno ao longode um itinerário por onde pretende lançar o traçado da estrada; identificar os principais “pontos obrigados” que possam influenciar no traçado - hidrológicos, topográficos e geológicos, (rios, lagoas, pântanos, montanhas, etc.); e escolher os prováveis e melhores traçados para a estrada. No final seleciona-se uma ou mais alternativas de traçado, cujos estudos topográficos foram desenvolvidos a partir de levantamento de natureza expedita, empregando-se métodos de baixa precisão. 14 Examinou-se imagens de satélite da região. A análise das informações confirmou plenamente o veredicto obtido pelas visitas de campo e análise da empresa que está realizando a obra. O trecho projetado soma uma uma extensão de 2233,36 metros, começando na Avenida Alberto Lamego, estaca 0 + 0,00 e finalizando na Avenida 28 de Março, estaca 111 + 13,36 metros. 2.2.2 Fase de projeto – Exploração locada 2.2.2.1 Locação e amarração do eixo A sua definição da locação do eixo foi estudada e definida de acordo com as diretrizes principais, o leito da estrada já existente, a plataforma do trecho já urbanizado e ainda as necessidades de um corredor eficiente para acesso à cidade e resultou em uma locação conforme esquema na Figura 2.1. Figura 2.1 – Localização do eixo. A amarração plani-altimétrica, partiu da Avenida Alberto Lamego, rotatória da UENF, com referência altimétrica de 10,153m. Através da Planta PL-01, do desenho 01 a 04, encontra-se o desenho. O levantamento topográfico iniciou o levantamento de toda a faixa necessária para o projeto. O processo de levantamento se dividiu em três partes: - Nuvem de pontos, foi cadastrado ao longo de todo o trecho, uma nuvem de pontos eqüidistantes aproximadamente 20 metros, visando obter toda a topografia do leito da estrada; 15 - Cadastro de todos os postes e árvores; - Cadastro de todas as redes. No final deste trabalho conseguiu-se coletar todos os detalhes plani-altimétricos. O eixo foi piqueteado de 20,0 em 20,0 metros, assinalando-se com estacas intermediárias todos os pontos notáveis e acidentes topográficos tais como: margens de cursos d'água, cruzamentos com estradas, etc. Foram localizados também todos os pontos de curvas (PC, PT). Características técnicas e operacionais do projeto: – Região plana; – Velocidade diretriz 60,0 km/h; – Distância mínima de visibilidade de parada de 155,0m; – Distância mínima de visibilidade de ultrapassagem de 680,0m; – Largura das pistas de rolamento de 9,00 m; – Declividade transversal da plataforma de 2%; – Largura do canteiro central de 5,00 m; – Inclinação dos taludes de aterro (H/V) = 1/1; – Faixa de domínio 40,0m. Ao longo de todo o trecho foram locadas 2 curvas com os seguintes dados citados na Tabela 2.1. Tabela 2.1 – Relações das curvas horizontais NÚMERO DE ORDEM RAIO (m) EXTENSÃO (m) % EM RELAÇÃO A EXTENSÃO TOTAL EM CURVA 1 600 240,855 2,4086 2 300 136,136 1,3614 Extensão do trecho em área: – Urbana 2233,36 m; – Rural 0,00 m; 16 – Extensão total do Trecho 2233,36 m; – Raio mínimo 300,00 m; – Tangente máxima 817,62m. Outros índices planimétricos: – Desenvolvimento em tangente 1.856,369m; – Desenvolvimento em curva 376,991m. Índices altimétricos: – Região Plana; –Rampa máxima 0,5%; – Rampa mínima 0,35%; – Extensão total em rampa mínima 400,00 m. 2.2.3 Extensão do trecho em área Uma vez executada a locação, todos os piquetes do eixo foram nivelados no sentido crescente do estaqueamento, sendo contra-nivelados no sentido inverso. 2.2.4 Seções transversais Executado o nivelamento do eixo, foram levantadas seções transversais em todos os piquetes implantados. Foram feitas de forma simétrica em relação ao eixo, abrangeram no mínimo 20,0 m para cada lado, exceto onde condições locais exigiram prolongamento. A ortogonalidade da direção em relação ao eixo foi garantida através do uso de cruzetas. 2.2.5 Apresentação do estudo De posse de todas as cadernetas e processados os dados procedeu-se a execução do desenho e toda a parte de cálculo que representou o produto final do estudo topográfico realizado. 17 De acordo com esses dados foi lançado o greide indicando as rampas, contrarampas e pontos notáveis, com o perfil do eixo locado horizontal e vertical. Nesse trabalho o greide projetado corresponde ao de terraplenagem. Face às características locais, o greide acompanha basicamente o atual. 2.3 ESTUDOS GEOTÉCNICOS O desenvolvimento dos trabalhos referentes ao Estudo Geotécnico realizado na Avenida Arthur Bernardes, trecho entre a Avenida 28 de Março e Avenida Alberto Lamego, constaram de estudos de campo, laboratório e de escritório, do subleito, de empréstimos para terraplenagem, de ocorrência de solos para pavimentação, estudo de areal e pedreira, analisando-se os seus aspectos qualitativos e quantitativos visando o aproveitamento possível de cada um. Para efeito dos estudos geotécnicos são adotadas as seguintes definições: – Prospecção e classificação expedida no campo – é a que resulta das sondagens e observação dos materiais quanto a cor, textura e consistência; – Camadas de solos – são massas de solos contínuas e consideradas homogêneas sob o ponto de vista da classificação; – Perfil de solos – é o desenho em escala conveniente, de corte do subleito ou de uma seção de uma jazida até a profundidade sondada e que deverá ser feito de acordo com a classificação de laboratório. 2.3.1 Estudo do sub-leito O estudo do subleito de estradas de rodagem com terraplenagem concluída tem como objetivo o reconhecimento dos solos visando à caracterização das diversas camadas e o posterior traçado dos perfis dos solos para efeito do projeto de pavimento. O reconhecimento dos solos do subleito é feito em duas fases: – Sondagem no eixo e nos bordos da plataforma da avenida para identificação dos diversos horizontes de solos (camadas) por intermédio de uma inspeção expedida do campo e coleta de amostras. 18 – Realização dos ensaios já citados nas amostras das diversas camadas de solo para um posterior traçado dos perfis de solo. Os estudos do sub-leito foram realizados em duas fases: – Inspeção expedita e coleta de amostras; – Ensaios de laboratório. 2.3.1.1 Inspeção expedita e coleta de amostras Para identificação das diversas camadas de solos, através da inspeção expedita no campo, foram feitos furos de sondagem com indicação feita pelos técnicos da consultora. São extraídas amostras, nos trechos implantados procurando sempre atingir uma profundidade mínima de 0,60m abaixo do greide de terraplenagem. Em cada furo e para cada horizonte ou mistura de horizonte foi coletada uma amostra de 60,0kg e identificada com uma etiqueta contendo: Avenida; Trecho; natureza da obra; origem; estaca; posição; natureza do material; profundidade do furo e outros elementos que identifiquem e caracterizem a amostra. Os materiais para efeito de sua inspeção expedita no campo foram classificados de acordo com a textura, nos seguintes grupos, segundo Manual de Pavimentação DNIT 2006: – Bloco de rocha – pedaço isolado de rocha que tenha diâmetro superior a 1m; – Matacão – pedaço de rocha que tenha diâmetro superior a 25 cm e inferior a 1m; – Pedra de mão – pedaço de rocha que tenha diâmetro médio compreendido entre 76 mm e 25 cm; – Pedregulho – fração de solo que passa na peneira 76 mm (3”) e é retirada na peneira de 2,0 mm (n° 10); – Areia: 19 Grossa – fração do solo compreendida entre as peneiras de 2,0 mm (nº10) e 0,42 mm (nº 40); Fina – fração de solos compreendida entre as peneiras de 0,42 mm (nº40) e 0,0075 mm (nº 200); – Silte e Argila – fração de solo constituída por grãos de diâmetro abaixo de 0,075 mm. Nas descrições das camadas de solos sãousadas as combinações dos termos citados como, por exemplo, pedregulho areno-siltoso, areia fina-argilosa, etc. Sendo anotadas, também, as presenças de mica e matéria orgânica. Na identificação dos solos pela inspeção expedita, são realizados testes, como: teste visual, do tato, do corte, da dilatância, da resistência seca, etc. A cor do solo é elemento importante na classificação de campo. As designações “siltoso” e “argiloso” são dadas em função do Índice de Plasticidade (I.P.), se menor ou maior que 10, do material passando na peneira de 0,42 mm (nº 40). O solo tomará o nome da fração dominante, para os casos em que a fração passando na peneira de 0,075 mm (nº 200) for menor ou igual a 35%; quando esta fração for maior que 35%, os solos são considerados siltes ou argilas, conforme seu I.P. seja menor ou maior que 10. 2.3.1.2 Ensaios de laboratório Foram coletadas amostras para a realização dos ensaios de laboratório à medida que foram sendo executadas as sondagens e procedida a inspeção expedita no campo, os quais estão descritos no Anexo VI (SONDAGEM DO SUBLEITO). Esta coleta foi realizada em todas as camadas que apresentaram uma seção transversal, de preferência onde a inspeção expedita indicou maiores espessuras de camadas. Todos os ensaios realizados obedeceram às especificações presentes no "Método de Ensaios", adotado pelo DNIT 2006. Foram realizados os seguintes ensaios de laboratório para o sub-leito: 20 - Granulometria; - Compactação; - Índice Suporte Califórnia (ISC) e; - Expansão. Foram executados 6 (seis) furos de sondagen do sub-leito que atingiram uma profundidade média de 17,12 m e uma profundidade total igual a 102,7 m. As perfurações foram executadas por percurssão com o auxílio de circulação de água e protegidas por tubos de revestimento de 2 ½” de diâmetro. A extração de amostras foi feita pela utilização de um barrilhete amostrador com 2” externas e 1 3/8” interna, por 45 cm de comprimento. Anotou-se o número de golpes de um peso de 65kg, que cai em queda livre de uma altura igual a 75 cm, para cravar um comprimento de 45 cm do amostrador em até 3 séries de 15 cm. O número de golpes obtido fornece a indicação de compacidade ou de consistência do solo em estudo. Para os ensaios de caracterização (granulometria, Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP)) e os ensaios de Índice de Suporte Califórnia (I.S.C.) foram coletadas, de cada camada, amostras representativas para cada 200m de extensão longitudinal, podendo este número ser aumentado em função da variabilidade dos solos. Tais amostras devem ser acondicionadas convenientemente e providas de etiquetas onde constem a estaca, o número de furo de sondagem, e a profundidade, tomando, depois, um número de registro em laboratório. A seguir é apresentado na Tabela 2.2 o resumo dos estudos geotécnicos realizados pela consultora no sub-leito da rodovia. Tabela 2.2 – Resumo das quantidades dos estudos geotécnicos no sub-leito Ensaios Quantidade Granulmetria 39 Compactação 39 ISC 39 Expansão 39 Os resultados dos ensaios encontram-se no Anexo I. 21 2.3.2 Estudo de empréstimos de jazidas 2.3.2.1 Coleta de amostras e ensaio A escolha das áreas de empréstimo foi em função de estudos do material das jazidas próximas ao local da obra. Diante da dificuldade de material disponível compatível com a necessidade das camadas do aterro, duas jazidas foram analisadas. Além da classificação táctil-visual, foram realizados os seguintes ensaios: – Granulometria; – Compactação; – ISC; – Expansão. A seguir é apresentado na Tabela 2.3 o resumo dos estudos geotécnicos realizados pela consultora nas caixas de empréstimo da rodovia. Tabela 2.3 – Resumo das quantidades de estudos geotécnicos nas caixas de empréstimo Ensaios Quantidade Granulmetria 13 Compactação 13 ISC 13 Expansão 13 Os resultados obtidos estão no Anexo II. 2.3.3 Estudos de ocorrências de materiais para pavimentação Para utilização da matéria prima das jazidas realizou-se um estudo de ocorrências de materiais para pavimentação com o objetivo de reconhecimento e a caracterização desses materiais para utilização na construção das diversas 22 camadas de reforço do subleito,sub-base, base e revestimento, de acordo com o projeto do pavimento. Estes estudos tiveram a finalidade de localizar, quantificar e conhecer a qualidade dos materiais disponíveis na região, objetivando seu emprego na pavimentação. As exigências para os materiais de reforço do subleito, sub-base e base estabilizada, são as seguintes: – Características desejáveis para materiais a se utilizar em reforço de subleito: IS ou CBR > CBR subleito; Expansão ≤ 1 % (medida com sobrecarga de 10lb). – Características desejáveis para materiais a se utilizar em sub-base: IS ou CBR ≥ 20; IG = 0; Expansão ≤ 1 % (medida com sobrecarga de 10lb). – Características desejáveis para materiais a se utilizar em base: IS ou CBR ≥ 80 ( para N ≥ 5 x 106); IS ou CBR ≥ 60 (para N < 5 x 106); Expansão ≤ 0,5 % (medida com sobrecarga de 10lb); Limite de liquidez ≤ 25 %; Índice de Plasticidade ≤ 6; Equivalência de areia mínima = 30%. – Casos especiais: Para o caso de solos com limite de liquidez e/ou índice de plasticidade superiores àqueles recomendados previamente, o material pode ser empregado como base (satisfeitas as demais condições), desde que o equivalente de areia seja superior a 30%; Para N < 5 × 106, podem ser empregados materiais para base com CBR ≥ 60 e as faixas granulométricas E e F da AASHTO; A fração que passa pela peneira nº 200 deve ser inferior a 2/3 da fração que passa pela peneira nº 40. A fração graúda deve apresentar um valor de 23 abrasão Los Angeles igual ou inferior a 50%, podendo ser utilizado um desgaste maior, desde que já se tenha experiência no uso do material. Uma vez verificada a possibilidade de aproveitamento técnico-econômico de uma ocorrência, com base nos ensaios de laboratório, realizados nas amostras coletadas nos furos feitos de acordo com a prospecção preliminar, será, então, feito o estudo definitivo da mesma e sua cubagem. 2.3.3.1 Jazidas de solos Foram realizadas pesquisas em toda área de influência da rodovia em estudo, conseguindo-se localizar 02 (duas) jazidas de materiais granulares, denominadas J- 1 e J-2. – J-1 (BR 101): Foram feitos 11 furos e coletados materiais de 11 furos; – J-2 (GODOY): Foram feitos 2 furos e coletados materiais de 2 furos. A tabela resumida da Jazida 1 está no Anexo II e sua localização no Anexo III, e a tabela de resumo da Jazida 2 está no Anexo II. Os ensaios das jazidas foram feitos seguindo as normas do DNIT 2006 e as orientações de seus técnicos. Em cada uma das jazidas, além da classificação táctil-visual, foram realizados os seguintes ensaios: – Granulometria; – Compactação; – ISC; – Expansão; – Limite de liquidez (LL); – Limite de plasticidade (LP); – IG Modal; – Classificação H.R.B. Modal. 24 2.3.3.1.1 Indicações gerais da jazida J-1 – Material: Cascalho, areia e argila; – Localização: BR 101 Km 53; – Proprietário: Sr. Gabriel; – Utilização: Sub-base e subleito. 2.3.3.1.2 Indicações gerais da jazida J-2 – Material: Cascalho; – Localização: BR 101 Km 10; – Proprietário: Sr. Godoy; – Utilização: Reforço do subleito. 2.3.3.2 Pedreira Para o projeto de pavimentação do trecho em questão, indica-se o uso da Pedreira P1(Itereré), localizada a 25 km da estaca 0 (Av. Alberto Lamego) deste projeto, sendo de exploração comercial e a mais próxima do trecho em questão. A localização da pedreira analisada encontra-se no Anexo V. 2.3.3.2.1 Coleta de amostras O material proveniente, segundo a classificação geológica é rocha provenientede gnaise são. 2.3.3.3 Areal Encontra-se a 1,50 km da estaca 0 deste projeto, ou seja, a 2,23 km da estaca 111 + 13,36, final do trecho em questão, sendo também de exploração comercial e o mais próximo do trecho em questão. A areia proveniente desta jazida será utilizada exclusivamente para obras de aterro. A planta de localização encontra-se no Anexo VI. 25 2.4 ESTUDO DE TRÁFEGO Foi adotada uma contagem de tráfego realizada em Outubro de 2010, num trabalho acadêmico da disciplina de Sistemas de Transporte, com taxa de crescimento anual de 3,0% até o ano de 2012. Foi adotada a mesma taxa de crescimento anual de veículos para 20 anos após a conclusão da obra. A taxa de 3,0% foi adotada por ser tratar de uma Avenida que liga duas BRs, uma de grande movimentação (BR101) a outra com elevado índice de expansão (BR356), proveniente do avanço industrial e portuário. Esta estrada será rota de fuga de duas grandes avenidas, Avenida 28 de Março e Avenida Alberto Lamego já saturadas nas horas de pico de tráfego e terá o fluxo veicular alimentado por outras duas ruas de grande movimento, que são elas Rua Tenente Coronel Cardoso e a Rua Saldanha Marinho . Com a utilização desta taxa para todos os tipos de veículos, procedeu-se a projeção do tráfego futuro da rodovia projetada para o fim do período de projeto e mais 20 anos após. O levantamento da contagem de tráfego ao longo da via em questão é devido a análise da capacidade do trecho de interesse e determinação do número de “N”, número de operações de eixos padrão. De acordo com os dados obtidos pela contagem de tráfego e respectivas projeções calculadas no presente trabalho, adotou-se como volume de tráfego do trecho em questão o valor de 8.486.153,93 (8,49 x 106). Para o cálculo do número de operações de eixo padrão de 8,2 t foi considerado o período de projeto de 20 anos sendo a abertura da rodovia ao tráfego prevista para o ano de 2012. A seguir, será descrito o processo de cálculo adotado. O valor obtido é uma estimativa por não possuirmos um estudo completo e mais detalhado de tráfego para Avenida Arthur Bernardes. 2.4.1 Projeção do tráfego Na tabela 2.4 é apresentada a media de tráfego realizado em três pontos da avenida, em um único sentido, que melhor caracteriza a Avenida Arthur Bernardes. Esta contagem foi realizada durante 2 dias consecutivos. A seguir, são apresentados os quadros com os resultados da pesquisa por dia. 26 Quanto à necessidade de taxas extras iniciais para cálculo de demanda reprimida, esta foi descartada, uma vez que a falta de dados históricos de tráfego nas ruas e rodovias adjacentes tornariam esta tarefa um exercício leviano de adivinhação. Preferiu-se a opção de adotar taxas de crescimento mais conservadoras que possam eliminar os efeitos de uma possível demanda reprimida no numero “N” (operações de eixos padrão) final. Tabela 2.4 – Contagem de tráfego Quantitativo de Veículos Diário - 2010 Caminhões Automóveis Motocicletas Bicicletas Carroças Ônibus Total Quantidade 135 1107 243 567 54 54 2160 Porcentagem (%) 6% 51% 11% 26% 3% 3% 100% O ano a considerar para abertura da rodovia é o de 2012, tornando-se, portanto necessária à atualização dos dados acima. Foram adotadas as seguintes taxas de crescimento após o ano de abertura na Tabela 2.5. Tabela 2.5 – Taxas de crescimento de tráfego Veículos Taxa de crescimento Até 2012 (ao ano) Após 2012 (ao ano) Veículos Leves/ e camionetas 3,00% 3,00% Ônibus 3,00% 3,00% Caminhões Simples 3,00% 3,00% Caminhões Duplos 3,00% 3,00% Reboques e Semi - reboques 3,00% 3,00% Na Tabela 2.6 e na Tabela 2.7 são apresentados os volumes diários médios de tráfego evoluídos até o ano de abertura e volumes diários médios de tráfego evoluídos até o final do período de projeto, respectivamente. Valores esses calculados como o exemplo abaixo: 27 Cmn = Cm(n+1) + Tc; (2.1) Cm10 = 135; (ano 2010) Tc = 3,00%; Cm11 = Cm10 + Tc; Cm11 = 135 + 3,00%; Cm11 = 140 (para 2011). Onde: Cmn = quantidade de caminhões no ano inicial; Tc - taxa de crescimento anual adotada; Cm(n+1) = quantidade de caminhões no ano seguinte. Tabela 2.6 – Volumes diários médios de tráfego evoluídos até 2012 (ano de abertura) Quantitativo de Veículos Diário Quantidade Caminhões Automóveis Motocicletas Bicicletas Carroças Ônibus Total 2010 135 1107 243 567 54 54 2160 2011 140 1.141 251 585 56 56 2229 2012 145 1.176 259 603 58 58 2299 Totais 570 4636 1020 2377 228 228 9059 28 Tabela 2.7 – Volume diário médios de tráfego evoluídos até 2019 (Fim do horizonte de projeto) Quantitativo de Veículos Ano Caminhões 2 eixos Caminhões 3 eixos Automóveis Ônibus Total 2010 68 67 1.107 54 1.296 2011 71 70 1.141 56 1.338 2012 74 73 1.176 58 1.381 2013 77 76 1.212 60 1.425 2014 80 79 1.249 62 1.470 2015 83 82 1.287 64 1.516 2016 86 85 1.326 66 1.563 2017 89 88 1.366 68 1.611 2018 92 91 1.407 71 1.661 2019 95 94 1.450 74 1.713 2020 98 97 1.494 77 1.766 2021 101 100 1.539 80 1.820 2022 105 103 1.586 83 1.877 2023 109 107 1.634 86 1.936 2024 113 111 1.684 89 1.997 2025 117 115 1.735 92 2.059 2026 121 119 1.788 95 2.123 2027 125 123 1.842 98 2.188 2028 129 127 1.898 101 2.255 2029 133 131 1.955 105 2.324 2030 137 135 2.014 109 2.395 Total 2.103,00 2.073,00 31.890,00 1.648,00 37.714,00 % 5,58 5,50 84,56 4,37 100,00 2.4.2 Classificação dos veículos e respectivas cargas de eixo A partir das especificações técnicas fornecidas pelos fabricantes dos veículos nacionais e estatísticas de pesagem de veículos, compatibilizadas conforme a lei de balança, classificou-se os veículos segundo suas cargas por eixo, conforme a Tabela 2.8 apresentada a seguir. 29 Tabela 2.8 – Classificação dos veículos agrupados em frotas e respectivas cargas por eixo Tipo De Veículo Carga Por Eixo (T) Obs.: 1o eixo 2o eixo 3o eixo Carros Leves (Autos e Camionetas) <=1,0 <=1,5 - Eixos Simples Ônibus 3,4 6,6 - Eixos Simples Caminhões Simples Vazios 1,5 1,5 - Eixos Simples Caminhões Simples Carregados 3,7 7,3 - Eixos Simples Caminhões Duplos Vazios 3,0 2,5 - 20 Eixo em Tandem Caminhões Duplos Carregados 4,0 16,0 - 20 Eixo em Tandem Reboques Vazios 3,0 2,0 2,0 30 Eixo em Tandem Reboques Carregados 5,0 5,0 20,0 30 Eixo em Tandem 2.4.3 Matriz – carga X eixo Adotam-se para estatística de cargas os mesmos quantitativos da contagem de Tráfego, considerando que 80% dos veículos de carga circulam totalmente carregados e 20% circulam vazios. Em função do critério acima mencionado e baseando-se na Tabela 2.10 - classificação dos veículos agrupados em frotas – juntamente com a projeção de tráfego apresentada anteriormente, será montada a matriz de carga por eixo. 30 Tabela 2.9 – Matriz – carga X eixo (pesagem: quadro de frequência) Tipo de veículo Tipo Eixos Toneladas por Eixos (Freqüência) 00 02 02 04 04 06 06 08 08 10 10 12 12 14 14 16 16 18 18 20 Carros Leves (2 eixos) Simples - - - - - - - - - - Ônibus (2 eixos) Simples - 54 - 54 - - - - - - Caminhões Simples Vazios (2 eixos) Simples - - - - - - - - - - Caminhões Simples Carreg. (2 eixos) Simples - 68 - 68 - - - - - - Caminhões Duplos Vazios (2 eixos) Simples - - - - - - - - - Tandem - - - - - - - - - Caminhões Duplos Carreg. (2 eixos) Reboques Vazios (3eixos) Simples - - 67 - - - - - 67 - Tandem - - - - - - - - - - Simples - - - - - - - - Tandem - - - - - - - - - Reboques Carregados (3 eixos) Simples - - - - - - - - - Tandem - - - - - - - - - - Totais Simples 0 122 67 122 - - - - 67 - 31 2.4.4
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