Perfil Longitudinal

Em perfil longitudinal o elemento geométrico essencial para a definição do traçado é a rasante. A rasante é a linha definida pela intersecção de uma superfície vertical que contém o eixo da estrada com a superfície do pavimento, e representa-se planificada (não projectada) num plano vertical. Para relacionar a estrada com o terreno,

a rasante é sempre associada ao perfil longitudinal do terreno, que é a intersecção do eixo da estrada com a superfície do terreno natural.

Figura 27 – Rasante e perfil longitudinal do terreno.

A rasante é formada por elementos rectos e elementos curvos (parábolas), também denominados de curvas verticais. Os alinhamentos rectos são designados por trainéis que são traços da rasante com inclinação constante em relação à horizontal. Os trainéis que sobem no sentido da marcha chamam-se rampas, os que descem chamam-se declives, e os de inclinação nula chamam-se patamares. A rasante é definida geometricamente pelas coordenadas Z (cotas) e distância à origem de cada um dos vértices, e pelo raio da curva vertical que em cada vértice concorda os trainéis a ele ligados.

A fixação da rasante deve atender a vários factores de diversas naturezas como:  Topografia – A rasante deve aproximar-se quanto possível do terreno,

para tentar reduzir os movimentos de terra;

 Distância de visibilidade – A rasante deve permitir garantir em todos os pontos a distância de paragem, e, na maior parte da extensão em que for possível, a distância de visibilidade de ultrapassagem. Melhora-se, assim, a segurança na condução e o nível de serviço. Deverá respeitar-se também a distância de visibilidade de decisão;

 Traçado em planta – A comodidade e a segurança de condução dependem muito de uma boa coordenação entre os traçados em planta e em perfil;

 Equilíbrio de terras – A construção resulta em geral mais económica se as escavações feitas durante a construção permitirem realizar os aterros necessários, evitando-se ou reduzindo-se, o recurso a terras de empréstimo ou o transporte de terras a depósito, que implica custo

suplementar. A rasante deve ser estabelecida procurando equilíbrio (transversal e longitudinal) entre escavações e aterros;

 Drenagem – A rasante quando bem estabelecida pode evitar vários problemas associados a deficiências de drenagem: acumulação de água em pontos baixos do perfil localizados em zonas de escavação, inclinação reduzida nos trechos em escavação que dificultam o escoamento da água superficial caída sobre o pavimento, trechos em escavação em zonas de nível freático alto, entre outros;

 Integração do meio ambiente – A rasante deve ser fixada de modo a evitar a execução de escavações ou aterros que, pela sua grandeza ou localização, tenham um impacto negativo no ambiente em que a estrada se insere.

Em terrenos planos a rasante deve ter as inclinações mínimas para facilitar a drenagem superficial, devendo estar suficientemente alta para evitar efeitos negativos de eventuais níveis freáticos altos ou águas superficiais, mas não tão alto que agrave a construção desnecessariamente ou tenho impactos negativos no ambiente. Em terreno ondulado ou acidentado deve ajustar-se quanto possível ao terreno, mas salvaguardando as características mínimas para assegurar a segurança.

Trainéis

A inclinação dos trainéis não deve exceder determinados limites, por um lado, para evitar a redução da velocidade dos veículos pesados nas subidas relativamente à velocidade de circulação, o que reduz o nível de serviço e aumenta os custos de operação; por outro lado, para evitar grandes distâncias de travagem nas descidas, o que se repercute na segurança e pode implicar a construção de escapatórias. As normas da EP (JAE, 1994), para trainéis de extensão até 3 Km, fixa as seguintes inclinações máximas em função da velocidade base:

Velocidade base (Km/h) 40 60 80 100 120 140 Inclinação máxima (%) 8 7 6 5 *4 3

* nas auto-estradas imax= 3%, em regra.

Em terreno acidentado a inclinação máxima pode aumentar 1% para extensões até 600 metros e 2% para trainéis de extensão até 300 metros. Nas proximidades de intersecções a inclinação máxima está limitada a 4%. As inclinações máximas referidas no quadro n.º 6, são satisfatórias para a maioria das situações e permitem normalmente terraplanagens económicas. No entanto, no caso de terreno acidentado, se as implicações das inclinações máximas no custo da construção e no meio ambiente forem demasiado severas, deve proceder-se a um estudo económico comparativo dos custos de construção e ambientais com os custos de exploração (tempo, combustível e acidentes). Em geral, os estudos económicos revelam que embora haja nítidos encargos para os utentes com o recurso a inclinações superiores às desejáveis, o aumento de custos resultante de um perfil mais suave, só se justifica normalmente para volumes de tráfego muito elevados.

Relativamente à inclinação mínima dos trainéis, esta, em regra, deve ser de 0,5% para garantir a possibilidade de escoamento longitudinal, associado à inclinação transversal dos pavimentos. Contudo nos troços em aterro, poderão usar-se trainéis em patamar (inclinação igual a 0%), visto a drenagem estar assegurada transversalmente. Nas zonas em curva a inclinação do trainel deve ser superior à inclinação do desenvolvimento da sobreelevação.

Juntamente com a inclinação máxima deve-se dar também atenção à sua extensão, visto ambos os factores determinarem a perda de velocidade dos veículos pesados nas subidas, com a consequente repercussão na capacidade e no nível de serviço da estrada. O critério normalmente adoptado para definir a extensão crítica dos trainéis é baseado na redução da velocidade dos veículos pesados relativamente à dos ligeiros. A extensão crítica é a mínima extensão que o trainel deve ter para não provocar uma excessiva redução de velocidade dos veículos pesados. A seguir apresenta-se o quadro de extensões críticas de trainéis da norma JAE (1994), que servem de guia para os projectistas.

Inclinação do trainel (%) 3 4 5 6 7 8 Extensão crítica (m) 420 300 230 180 150 120

Quadro n.º 7 – Extensões críticas de traineis (JAE, 1994).

Quando a extensão crítica de um trainel é excedida, em princípio, é de considerar uma via especial para os veículos lentos, principalmente quando os volumes

e a percentagem de veículos pesados são elevados. A extensão mínima desejável para uma via para lentos é de 400 metros, excluída a extensão das transições ou biséis de entrada e saída nessa via. Nas descidas também devem ser previstas vias adicionais para lentos, devido à natural tendência destes para abrandar por razões de segurança.

Figura 28 – Esquematização das características necessárias para a introdução de vias adicionais para

lentos.

Curvas de concordância

As curvas de concordância entre trainéis podem ser convexas ou côncavas. A sua curvatura é condicionada por razões de visibilidade e de comodidade. Nas curvas convexas em geral o factor determinante da curvatura mínima é a visibilidade. Esta impõe a utilização de raios grandes, que fazem com que em geral as razões associadas à comodidade (limitação da variação por unidade de tempo de aceleração centrífuga) sejam asseguradas. Nas curvas côncavas a visibilidade diurna está garantida e a curvatura é condicionada por razões de visibilidade nocturna (extensão iluminada pelos faróis) e de comodidade. Nas proximidades dos vértices da rasante, por razões de drenagem, convém que a declividade transversal seja grande, pelo que deve evitar-se que nestas zonas se localizem pontos de osculação de curvas horizontais de sinais

contrários ou pontos de osculação de alinhamentos rectos com curvas horizontais, pois nesses pontos a declividade transversal é nula em toda ou parte da plataforma.

As curvas de concordância vertical podem ser circulares ou parabólicas. Usualmente utilizam-se as parabólicas pois são mais fáceis de calcular e definir analiticamente, e a variação da inclinação da tangente ao longo da curva é constante, o que confere comodidade óptica a quem descreve a curva. Devem evitar-se concordâncias verticais do mesmo sentido separadas por um trainel com pequena extensão, principalmente em concordâncias côncavas, cujos efeitos ópticos são muito desagradáveis. As concordâncias verticais, devem tanto quanto possível. Adaptar-se convenientemente ao terreno, não só para se integrarem melhor na paisagem, como para se reduzirem os custos de construção.

Quanto menor for o raio nas curvas convexas, maior é a curvatura e menor a distância de visibilidade. A principal preocupação que se tem ao fixar o raio mínimo das curvas convexas é garantir a distância de visibilidade de paragem, DP.

Velocidade (Km/h)

Raio mínimo Desenvolvimento mínimo

Raio mínimo de Ultrapassagem (m) (b) Absoluto (a) (m) Normal (m) Absoluto (a) (m) Normal (m) 40 1500 1500 40 60 2500 50 1500 2100 50 60 4500 60 2000 3000 60 120 6500 70 3000 4200 70 120 8000 80 5000 6000 80 120 11000 90 7500 8500 90 120 14000 100 9000 12500 100 120 17000 110 12000 13000 110 120 22000 120 14000 16000 120 120 28000 140 20000 20000 140 140 28000

Quadro n.º 8 – Valores do raio mínimo das concordâncias convexas (JAE, 1994).

Os critérios para fixar os raios mínimos das curvas verticais côncavas visam os seguintes objectivos: garantir que, de noite, os faróis das viaturas iluminem uma extensão igual ou superior a DP, e garantir que a aceleração vertical não ultrapasse o valor de 0,25 m/s2. Para velocidades até 80 Km/h o critério predominante é o relativo à visibilidade nocturna. No seguinte quadro apresentam-se os valores mínimos desejáveis para o raio das concordâncias côncavas, assim como o desenvolvimento necessário.

Velocidade (Km/h) Raio mínimo (m) Desenvolvimento mínimo (m) 40 800 60 50 1200 60 60 1600 120 70 2500 120 80 3500 120 90 4500 120 100 5500 120 110 6000 120 120 7000 120 140 8000 140

Quadro n.º 9 – Valores do raio mínimo das curvas verticais côncavas (JAE, 1994).