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CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: ESTRADAS E AEROPORTOS AULA - 05 DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 2 SUPERLARGURA E SEÇÃO TRANSVERSAL 1 – Superlargura 1.1 – Introdução Quando um veículo trafega em uma estrada, nos trechos em reta (tecnicamente chamados de tangentes), existe certa liberdade de movimento nas laterais devido a uma folga existente na largura das faixas. Mas, se observarmos os trechos em curva, é necessária largura maior para que os veículos em sentidos opostos tenham esta liberdade de movimento e não colidam, e este acréscimo é chamado de superlargura. A figura 01 apresenta um nítido alargamento no trecho em curva. Figura 01 – Representação real de um trecho com superlargura Todo veículo em movimento requer transversalmente em curvas um espaço suplementar em relação à situação em tangente. Essa necessidade decorre basicamente de considerações geométricas, das dimensões, configuração e operação do veículo e, por outro lado, do raio de curvatura de sua trajetória. Assim sendo, há a necessidade de se adicionar aos valores calculados com base nos requisitos geométricos uma parcela que reflita as influências exercidas sobre o motorista pelo movimento do veículo, especialmente em manter estável a trajetória do veículo em curva. A figura 02 apresenta um esquema de determinação da superlargura. DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 3 Figura 02 – Esquema de determinação da superlargura Só se justifica o uso de superlargura para valores relativamente pequenos de raios, que normalmente só são frequentes em vias urbanas sujeitas a sérias condicionantes de traçado, em rodovias de classes II ou III ou em rodovias situadas em regiões topograficamente muito adversas. Também a existência de acostamentos pavimentados contribui para reduzir a necessidade de superlargura da pista principal. Essa necessidade é especialmente realçada ao se ter em conta a elevada participação de caminhões no tráfego das rodovias (de até 60-70%, em alguns casos), o que aumenta sensivelmente a probabilidade desses veículos se cruzarem em uma curva, situação tanto mais perigosa considerando a inércia e a menor dirigibilidade, requerendo larguras de pistas adequadas para uma operação segura. É o caso de pistas estreitas ou com curvas fechadas, que necessitam de um alargamento nos trechos em curva, mesmo que a velocidade seja baixa. 1.2 – Veículo Padrão de Projeto Denomina-se veículo de projeto o veículo teórico de certa categoria, cujas características físicas e operacionais representam uma envoltória das características da maioria dos veículos existentes nessa categoria. Essas características condicionam diversos aspectos do dimensionamento geométrico de uma via, tais como: • A largura do veículo de projeto influencia na largura da pista de rolamento, dos acostamentos e dos ramos de interseções; DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 4 • A distância entre eixos influi no cálculo da Superlargura e na determinação dos Raios Mínimos internos e externos das pistas dos ramos das interseções; • O comprimento total do veículo influencia a largura dos canteiros, a extensão das faixas de espera, etc; • A relação peso bruto total / potência influencia o valor da rampa máxima e participa na determinação da necessidade de faixa adicional de subida; • A altura admissível para os veículos influi no gabarito vertical. A escolha do veículo de projeto deve levar em consideração a composição do tráfego que utiliza ou utilizará a estrada, obtida de contagens de tráfego ou de projeções que considerem o futuro desenvolvimento da região. Existem quatro grupos básicos de veículos de projeto a serem adotados, conforme as características predominantes do tráfego (no Brasil, normalmente o veículo CO): • VP: Veículos de passeio leves, física e operacionalmente assimiláveis ao automóvel, incluindo utilitários, pickups, furgões e similares; • CO: Veículos comerciais rígidos, compostos de unidade tratora simples. Abrangem os caminhões e ônibus convencionais, normalmente de 2 eixos e 6 rodas; • SR: Veículos comerciais articulados, compostos normalmente de unidade tratora simples e semi-reboque; • O: Representa os veículos comerciais rígidos de maiores dimensões que o veículo CO básico, como ônibus de longo percurso e de turismo, e caminhões longos. A Tabela 01 resume as principais dimensões básicas dos veículos de projeto recomendados para utilização nos projetos geométricos de rodovias no Brasil. Tabela 01 – Dimensões Básicas dos Veículos de Projeto (m) DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 5 1.3 – Cálculo da Superlargura Segundo o DNER, a superlargura é obtida calculando a largura total da pista necessária no trecho curvo, para o veículo de projeto adotado, deduzindo a largura básica estabelecida para a pista em tangente, segundo a seguinte fórmula, já ajustadas para o caso de pistas com 2 faixas: 𝑆 = 𝐿 − 𝐿 𝐿 = 2(𝐺 + 𝐺 ) + 𝐺 + 𝐹 Sendo: S = Superlargura (m); LT = largura total da pista em curva (m); LB = largura normal de uma pista em tangente (m); Gc = gabarito devido a trajetória em curva (m); GBD = gabarito devido ao acréscimo ao balanço dianteiro do veículo em curva (m); GL = gabarito lateral - folga lateral do veículo em movimento, sendo os valores a serem adotados obtidos em função da largura normal de uma pista de rolamento em tangente (LB) Tabela 02. Tabela 02 – Valor da Folga lateral do veículo em movimento (GL) em função da largura da pista de rolamento em tangente (LB) FD = folga dinâmica ou transversal adicional para considerar a maior dificuldade em manter a trajetória de veículos em curva, determinada de forma experimental e empírica, pela seguinte formulação: 𝐹𝐷 = 𝑉 10. √𝑅 Sendo: V = velocidade diretriz (km/h); R = raio da curva em metros (m); DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 6 Essa largura é estabelecida a partir de conceitos globais de segurança e conforto de dirigir, não resultando necessariamente de uma dedução precisa. O gabarito estático do veículo em curva (Gc) é obtido através da seguinte formulação: 𝐺 = 𝐿 + 𝐸 2𝑅 Sendo: LV = largura física total do veículo de projeto em metros (m); E = distância entre eixos dos veículos de projeto em metros(m) – (Para veículo de projeto do tipo CO, adota-se E = 6,10m; Para veículo de projeto do tipo SR, adota-se E = 10,63m); R = raio da curva, em metros (m); OBS: No caso de veículos articulados, o termo E2 assume a forma 𝐸 + 𝐸 , onde E1 é a distância entre o eixo dianteiro do veículo trator (cavalo mecânico) e o pivô de apoio do semi-reboque, e E2 é a distância entre este apoio e o eixo traseiro (ou ponto médio entre eixos traseiros) do semi-reboque. O valor da parcela E fictícia equivalente (Eeq) situa-se em geral entre 9,50m a 10,50m. Por sua vez, o acréscimo devido ao balanço dianteiro do veículo em curva (GBD) é calculado, através da seguinte formulação: 𝐺 = 𝑅 + [𝐵𝐷. (2. 𝐸 + 𝐵𝐷)] − 𝑅 Sendo: BD = balanço dianteiro do veículo de projeto em metros (m). (Para veículos de projeto do tipo CO, adota-se BD = 1,20m; Para veículos de projeto do tipo SR, adota-se BD = 0,90m); E = distância entre eixos dos veículos de projeto em metros(m) – (Para veículo de projeto do tipo CO, adota-se E = 6,10m; Para veículo de projeto do tipo SR, adota-se E = 10,63m); R = raio da curva em metros (m); DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 7 Vale ressaltar que em coerência a ordem de grandeza das larguras de pista usualmente adotadas, o DNER, recomenda que os valores teóricos da superlargura devem, na prática,ser arredondados para múltiplos de 0,20m, considerando um valor mínimo de 0,40 metros para justificar a adoção da superlargura, sendo valores menores, considerados desprezíveis. Para pistas com mais de duas faixas, o critério recomendado pelo DNER, consiste em multiplicar os valores da superlargura por 1,25 no caso de pistas com três faixas e por 1,50 no caso de pistas com 4 faixas. 1.4 Distribuição da Superlargura Para as curvas horizontais simples, a superlargura é disposta integralmente do lado interno da curva, no mesmo trecho usado para a superelevação. Caso o eixo de projeto se localiza no centro da pista em tangente, se situará de forma assimétrica em relação ao centro da pista. A sinalização horizontal e a junta longitudinal de construção do pavimento (especialmente de placas de concreto de cimento) deverão ser dispostas no centro da pista alargada e não coincidente com o eixo de projeto, conforme figura 03. Figura 03 – Distribuição da Superlargura na curva circular horizontal simples DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 8 2 - Seção Transversal 2.1 Elementos Básicos - Dimensões Perpendicularmente ao eixo, a estrada é constituída pelos seguintes elementos: 2.1.1 Faixa de Tráfego e Pista de Rolamento - Faixa de tráfego é o espaço destinado ao fluxo de uma corrente de veículos. - Pista de rolamento é o conjunto de faixas de tráfego adjacentes. A largura de uma pista é a soma das larguras de todas as faixas que a compõem. A largura de cada faixa de tráfego tem grande influência na segurança e no conforto dos veículos. É composta pela largura do veículo-padrão (U) acrescida dos espaços de segurança (c): L = U + 2c. Quanto maior for o espaço c, maior será a segurança e o conforto que a estrada proporcionará, entretanto, o custo da construção também cresce significativamente com o aumento da largura dos elementos que compõem o projeto. Faixas de tráfego com largura de 3,60 m são consideradas seguras e confortáveis; esse valor é obtido com o uso de veículo comercial padrão, com largura U= 2,60 m e espaços de segurança c = 0,50 m, conforme Figura 04. Figura 04 – Largura da Faixa de tráfego DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 9 A Tabela 03, mostra valores propostos pelas Normas de Projetos de Estradas de Rodagem do DNER. Tabela 03 – Largura da Faixa de Tráfego 2.1.2 Acostamentos São espaços adjacentes à pista de rolamento, destinados a paradas de emergência. É desejável que existam acostamentos ao longo de toda a estrada. Em rodovias com grande volume de tráfego, os acostamentos são imprescindíveis para garantir que não haja parada de veículos sobre as faixas de tráfego. Os benefícios dos acostamentos podem ser: - Criam os espaços necessários para que as faixas de tráfego fiquem livres. - Servem como áreas de escape para que veículos possam fugir ou pelo menos diminuir os efeitos de possíveis acidentes; - Ajudam a drenagem da pista e, quando pavimentados, protegem as bordas da pista; - Melhoram as condições de visibilidade nas curvas horizontais. - Garantem a inexistência de obstáculos próximos da pista, o que reduziria a capacidade de tráfego da estrada. - Criam espaços que podem, eventualmente, ser utilizados como parada de ônibus. Largura dos acostamentos Em rodovias de alto padrão, com altas velocidades de projeto, são utilizados acostamentos com 3,50 m ou 3,60 m de largura; esses acostamentos DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 10 permitem que um veículo comercial fique afastado de 0,90 m a 1,00 m da borda da pista. É desejável que os acostamentos tenham no mínimo 3,00 m de largura, entretanto, como a redução da largura reduz o custo de construção, são comuns acostamentos com 2,50 m. Em estradas secundárias são utilizados acostamentos com até 1,20m de largura. A Tabela 04 mostram valores propostos pelas Normas para Projeto de Estradas de Rodagem do DNER. Tabela 04 – Largura do acostamento 2.1.3 Taludes Laterais Talude é um plano de terreno inclinado que limita um aterro e tem como função garantir a estabilidade do aterro. Pode ser resultado de uma escavação ou de origem natural. Os taludes dos cortes e dos aterros devem ser suaves, acompanhando o terreno, de forma a dar à estrada um aspecto harmonioso com a topografia do local. Quando os cortes ou os aterros são baixos — não maiores que 4 m a 5 m — o uso de inclinações suaves nos taludes não implica aumentos significativos no movimento de terra, aumenta a segurança da estrada, melhora as condições de visibilidade nas curvas em corte e oferece melhores condições para o plantio de grama e o paisagismo na faixa de domínio. DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 11 Taludes com inclinação 1:4 arredondados nas concordâncias com a plataforma da estrada e com o terreno natural são uma boa solução (exemplo na Figura 05). Figura 05 – Esquema de Talude As Figuras 06 e 07 apresentam a etapa de execução de um talude e a obra acabada, respectivamente. Figura 06 – Execução de um Talude DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 12 Figura 07 – Exemplo de obra de um Talude Quando os taludes de corte e aterro são altos, o uso de taludes suaves acarreta aumento significativo do movimento de terra e consequente aumento no custo de construção da estrada. Além disso, taludes altos e suaves podem necessitar de uma área de trabalho mais larga que a faixa de domínio estabelecida no projeto. Nesses casos, é necessária uma análise específica para a escolha de uma em função das características do solo a ser escavado; no caso de aterros, em função do material e do grau de compactação adotado. Em ambos os casos, deve ser garantida a estabilidade da estrada sem criar custos desnecessários. 2.1.4 Plataforma Denomina-se plataforma o espaço compreendido entre os pontos iniciais dos taludes, isto é, a base do talude no caso de corte e o topo do talude no caso de aterro. A plataforma contém pistas, acostamentos, espaços para drenagem e separador central no caso de pistas duplas. 2.1.5 Espaços para Drenagem A vida do pavimento está intimamente ligada à existência de urna drenagem eficiente que escoe para fora da estrada a água superficial em razão das chuvas e impeça a eventual chegada de águas subterrâneas à base do pavimento. DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 13 É necessário que haja espaços suficientes na plataforma para a implantação de dispositivos adequados de drenagem longitudinal. Nas estradas de pista simples, é recomendado que sejam deixados espaços de 1,0 m adjacentes aos acostamentos. Nas de pista dupla, além dos espaços laterais, são colocados dispositivos de drenagem ao longo do canteiro central. As Figuras 08 e 09 são apresentados espaços de drenagem em estradas. Figura 08 – Execução de espaço de drenagem Figura 09 – Exemplo de elemento de drenagem (sarjeta) DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 14 2.1.6 Separador Central Nas estradas de pista dupla, é o separador central que divide as pistas de rolamento. Pode ser constituído por defensas metálicas ou de concreto, por calçadas com guias, ou por canteiros gramados, que evitam erosão e compõem o paisagismo. Os dispositivos que separam pistas com sentidos de tráfego opostos têm grande importância na segurança dos veículos. No caso de canteiros, deverão ter largura suficiente e forma adequada para evitar que veículos que saiam acidentalmente de uma pista possam atingir a pista de tráfego oposto. Canteiros centrais largos têm ainda a vantagem de reduzir o ofuscamento pelos faróis. Normalmente são projetados comuma depressão central que oferece condições favoráveis para os dispositivos de drenagem, além de dificultar a passagem acidental de veículos para a pista de tráfego oposto. As Figuras 10, 11 e 12 apresentam exemplos de separadores centrais de estradas. Figura 10 – Separador central defensa de concreto DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 15 Figura 11 – Separador central canteiro gramado Figura 12 – Separador central “ciclovia” 2.1.7 Guias As guias são usadas para disciplinar a drenagem, delinear e proteger as bordas do pavimento, melhorando a estética da estrada e reduzindo os custos de manutenção. São recomendadas para rodovias em áreas urbanas, onde a execução de valetas Laterais é inviável. Nas áreas rurais, não é aconselhável o uso de guias. Dependendo io tipo e da posição, podem afetar a segurança e prejudicar o uso da estrada, pois, muitas vezes, dificultam o escoamento da água superficial. Em estradas com guias, as curvas verticais convexas deverão ter no máximo 5.000 m de raio para garantir o adequado escoamento de água nas proximidades do vértice da curva. A Figura 13 apresenta parte de uma guia. DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 16 Figura 13 – Guia de uma estrada 2.1.8 Faixa de Domínio É a faixa de terra destinada à construção, à operação e às futuras ampliações da estrada. Deve ser definida de forma a oferecer o espaço necessário à construção da estrada, incluindo cristas de cortes, saias de aterro, obras complementares e ima folga de, no mínimo, 5 m para cada lado. Quando há previsão para ampliação da estrada, a faixa de domínio deverá conter também o espaço necessário. Geralmente, nas proximidades de áreas urbanas são adotadas faixas mais largas, pois o desenvolvimento urbano valoriza os terrenos lindeiros, encarecendo eventuais desapropriações futuras. A Tabela 05 mostra as larguras das faixas de domínio adotadas pelo DER de São Paulo. Tabela 05 – Largura da faixa de domínio DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 17 Sempre que possível, as faixas de domínio deverão ter largura constante para cada trecho. A Figura 14 apresenta o esquema de uma faixa de domínio de uma estrada. Figura 14 – Esquema da Faixa de Domínio 2.2 - Seções Transversais A seção transversal de um determinado ponto do traçado é o corte feito por um plano vertical perpendicular à projeção horizontal do eixo, que define e posiciona os diversos elementos que compõem o projeto na direção transversal. A seção-padrão, utilizada nos trechos em tangente, é denominada seção tipo. A estrada pode ter uma seção tipo ou mais de uma, caso ocorram alterações nos elementos básicos do projeto em decorrência de mudanças do tráfego ou das condições físicas locais. As seções tipo definem as dimensões e as inclinações-padrão dos elementos que compõem o projeto geométrico. Também são utilizadas para definir elementos-padrão dos projetos de drenagem, pavimentação, paisagismo e serviços auxiliares. As Figuras 15 e 16 são exemplos de seções transversais tipo. Em todas as estacas inteiras e nos pontos onde há variação brusca do terreno ou outros acidentes são levantadas seções simplificadas que servem para definir dimensões e cotas dos elementos básicos e fornecer os dados necessários ao projeto de terraplenagem. DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 18 Figura 15 – Elementos de Seção Transversal Rodovias em Pista Simples Figura 16 – Elementos de Seção Transversal Rodovias em Pista Dupla 2.3 - Inclinações Transversais - Pistas simples com duas faixas, dois sentidos Nos trechos em tangente, as pistas são construídas com urna pequena inclinação transversal para garantir o rápido escoamento de águas pluviais. A solução mais usada é a criação de inclinações opostas para as duas faixas, a partir do eixo da pista. O uso de faces planas e uniformes com inclinação de 2% para cada faixa é quase imperceptível para o motorista e satisfatória para a drenagem superficial (Figura 17). Figura 17 – Seção Normal Pista Simples DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 19 Os acostamentos devem, sempre que possível, ter inclinação transversal maior que a da pista, de forma a colaborar com a saída das águas pluviais. Acostamentos pavimentados devem ter inclinação entre 2% e 5% e não pavimentados, entre 4% e 6%. - Estradas com pista dupla Nos trechos em tangente, uma possibilidade é adotar para cada pista uma das soluções propostas para o caso de pista simples (Figura 18). Essa solução apresenta as vantagens de maior rapidez no escoamento de águas da chuva e menor diferença entre cotas da pista. É uma solução adequada para áreas sujeitas a muitas chuvas ou chuvas fortes. Figura 18 – Seção tipo – pista dupla Outra possibilidade é o uso de pistas com declividade única (Figura 19). Nas pistas com sentido único de tráfego, os veículos mudam constantemente de faixa. Essa solução apresenta a vantagem de eliminar a mudança de inclinação transversal na passagem de uma faixa para outra. Figura 19 – Seções Normais - Pista Simples DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 20 - CÁLCULO DAS COTAS DOS PONTOS DO GREIDE RETO O greide é um termo utilizado em na engenharia viária que representa a linha longitudinal do perfil da estrada. Já a cota em topografia é a diferença de nível em relação ao ponto de referência, sendo este ponto de referência determinado através da altitude em relação ao nível médio dos mares. As cotas do Greide em cada estaca podem ser determinadas através da utilização da seguinte expressão: 𝐶 = 𝐶 ± (𝑖. 𝐷ℎ) Sendo: Co = cota do greide reto conhecida inicialmente; i = é a declividade do greide reto, para o qual se deseja calcular as cotas em cada estaca; Dh = é a distância horizontal entre o ponto de cota “Co” e aquele onde se deseja o valor da cota “CEST”. Exercício: Em um trecho em tangente temos a seção tipo do esquema abaixo, Conhece-se a cota do greide no eixo, igual a 727,42m. Calcular as cotas nas bordas da pista, do acostamento e da valeta de drenagem. DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 21 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1 – Explique o que é Superlargura de um trecho em curva de uma estrada? 2 – Quais as influências causadas por um veículo padrão de projeto, no dimensionamento geométrico de uma via? 3 – Defina os elementos básicos de uma seção transversal. 4 – Determine o valor da superlargura com a qual deverá ser projetada a pista de uma rodovia na Classe III em região de relevo ondulado, observada as condições mínimas permitidas pelas normas do DNER, num trecho em curva circular com raio igual a 132,25m, considerando como veículo de projeto o tipo SR. Resposta: S = 1,55m 5 – Na seção tipo abaixo, a cota no eixo da pista esquerda é de 644,16m e da pista da direita é de 645,16m. Calcular a inclinação em (%) do lado direito do canteiro central. Resposta: i = 40% DISCIPLINA ESTRADAS E AEROPORTOS Universidade Paulista – UNIP Página 22 REFERÊNCIAS BIBLIIOGRÁFICAS FILHO, G. P. Estradas de Rodagem: Projeto Geométrico. São Carlos. Editora G. Pontes Filho, 1998. FRAENKEL, B. Engenharia Rodoviária. Editora Guanabara II, Rio de Janeiro, 1990. LEE, S. H. Projeto Geométrico de Estradas. Universidade Federal de Santa Catarina. Programa Especial de Treinamento Engenharia Civil, 2000. PEREIRA, D. M; et al. Projeto Geométrico de Rodovias, Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia – Departamento de transportes, 2010. PIMENTA, C. R. T.; OLIVEIRA, M. P. Projeto Geométrico de Rodovias, São Carlos, Editora Rima,2º edição. 2016.
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