Escola Superior de Tecnologia e Gestão
Instituto Politécnico da Guarda
R E L A T Ó R I O D E P R O J E C T O
TRAÇADO DE ARRUAMENT O NA
ENVOLVENTE DO NOVO CENTRO ESCOLAR
DE VILA NOVA DE PAIVA
CRISTINA CARNEIRO
RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE LICENCIADO
EM ENGENHARIA TOPOGRÁFICA
Escola Superior de Tecnologia e Gestão Engenharia Topográfica
FICHA DE IDENTIFICAÇÃO
Aluno: Cristina Liliana Azevedo Carneiro Número: 1009880
Escola: Escola Superior de Tecnologia e Gestão Curso: Engenharia Topográfica
Instituição: Câmara Municipal de Vila Nova de Paiva
Morada: Praça D. Afonso Henriques, n.º1, 3650-207 Vila Nova de Paiva Localidade: Vila Nova de Paiva, Viseu
Telefone: (351) 232 609 900 Fax: (351) 232 609 909 E-mail: geral@cm-vnpaiva.pt
Supervisor – Instituição: Eng.º Jorge Augusto Correia Brás Cargo / Função: Chefe de Divisão de Obras Municipais E-mail Profissional: Jorge.Bras@cm-vnpaiva.pt
Orientador – Escola: Eng.ª Eufémia da Glória Rodrigues Patrício
Cargo / Função: Docente do IPG – Escola Superior de Tecnologia e Gestão E-mail Profissional: gpatricio@ipg.pt
Início do Projecto: Abril de 2013 Fim do Projecto: Julho de 2013
Plano do Projecto
No período de realização deste estudo efectuaram-se várias actividades indicadas a seguir no plano de actividades, por ordem de realização e conclusão.
Plano de actividades:
1. Análise da área de estudo em gabinete através da cartografia existente; 2. Levantamento topográfico da zona em estudo (sendo necessário várias
deslocações para a conclusão deste);
3. Elaboração da planta parcelar depois de definidos todos os limites das parcelas de terreno envolvidas no projecto;
4. Estudo prévio: traçado em planta, perfil longitudinal, transversal tipo e intersecções;
5. Adaptação e conclusão do traçado de acordo com as características locais.
Ao longo destes quatro meses não houve dedicação a tempo inteiro a este estudo, uma vez que se realizaram outros trabalhos na área de topografia na Câmara Municipal de Vila Nova de Paiva, onde desempenho funções de Assistente Técnica.
Resumo
A elaboração de um projecto rodoviário é uma tarefa complexa, que envolve o dimensionamento de diferentes elementos específicos, de forma que resulte uma estrada apta ao escoamento de veículos em segurança e com graus de comodidade assegurados.
A adopção de características geométricas limite, fixadas em função de uma velocidade estabelecida, garante condições de segurança em cada elemento isolado do traçado, mas poderá não ser suficiente para propiciar a qualidade de circulação e de comodidade desejada pelos seus utentes.
Só através de métodos de análise global de qualidade do projecto rodoviário, que permitam a avaliação da homogeneidade do traçado e da consistência da estrada, se poderá avaliar se os diferentes elementos do traçado constituem uma sequência equilibrada e coordenada.
O presente trabalho enquadra-se no âmbito da unidade curricular Projecto do curso de Engenharia Topográfica, área de Vias de Comunicação, do Instituto Politécnico da Guarda. O trabalho consistiu na realização de um projecto de traçado de uma infra-estrutura rodoviária, um arruamento na envolvente do Novo Centro escolar, e teve lugar na Câmara Municipal de Vila Nova de Paiva. Neste âmbito, as soluções desenvolvidas envolveram o estudo do traçado geométrico, em planta e em perfil longitudinal, assim como a definição do perfil transversal tipo. Refere-se, ainda, a importância das várias deslocações ao local para o desenvolvimento do projecto, de modo a caracterizar a situação existente e avaliar eventuais condicionantes.
Índice
Ficha de Identificação ... i Plano do Projecto ... ii Resumo ... iii Índice ... iv Índice de Figuras ... v Índice de Quadros ... ix 1. Introdução ... 1 1.1 Contexto de Trabalho ... 1 1.2 Objectivos do Trabalho ... 2 1.3 Estrutura do Trabalho ... 21.4 Organograma da Câmara e Equipamento utilizado ... 3
1.4.1-Divisão de Obras Municipais ... 4
1.4.2 Recursos materiais ... 5
2. História das Infra-Estruturas Rodoviárias ... 6
3. A Estrada como Infra-Estrutura ... 10
3.1 Fases de Estudo de uma Estrada ... 13
3.2 Principais Elementos de uma Estrada ... 14
3.3 Principais Condicionantes do Traçado ... 17
3.4 Definição Geométrica Geral de uma Estrada ... 20
3.4.1 Distâncias de Visibilidade ... 21
3.4.2 Definição em Planta... 24
3.4.3 Perfil Longitudinal ... 32
3.4.4 Perfil Transversal ... 38
4. Homogeneidade do Traçado e Coordenação Planta – Perfil ... 47
Homogeneidade do traçado ... 47
Coordenação Planta-Perfil ... 49
5. Caso de estudo – Traçado de Arruamento na envolvente do Novo Centro Escolar em Vila Nova de Paiva ... 53
5.1 Componente do Trabalho de Campo ... 53
5.1.1 Método de Transporte de Coordenadas ... 54
5.1.2 Método de Irradiação ... 55
5.2 Componente do Trabalho de Gabinete ... 56
6. Considerações Finais ... 83
Índice de Figuras
Figura 1 – Organograma da Câmara Municipal de Vila Nova de Paiva. ... 3
Figuras 2, 3, 4 – Imagens da Estação Total em funcionamento e do prisma usado. ... 5
Figura 5 – Via Ápia em Roma. ... 7
Figura 6 – Rede Viária Romana. ... 7
Figura 7 – Esquema natural das estradas romanas. ... 8
Figura 8 – Rede Rodoviária Nacional do Continente. ... 12
Figura 9 – Movimentação de terras em perfil longitudinal. ... 15
Figura 10 – Movimentação de terras em perfil transversal. ... 15
Figura 11 – Secção transversal do pavimento. ... 15
Figura 12 – Passagem hidráulica. ... 16
Figura 13 – Drenagem de água superficial e subterrânea... 16
Figura 14 – Passagens superiores. ... 17
Figura 15 – Passagens inferiores. ... 17
Figura 16 – Muros de suporte. ... 17
Figura 17 – Distância de visibilidade de paragem associada a uma curva vertical convexa. ... 22
Figura 18 – Esquema de estabelecimento da distância de visibilidade de ultrapassagem. ... 23
Figura 19 - Definição geométrica em planta e perfil longitudinal. ... 25
Figura 20 – Elementos de uma curva circular utilizados na sua definição geométrica. 27 Figura 21 - Esquematização do conjunto de forças aplicadas a um veículo em movimento. ... 27
Figura 22 – Esquematização da necessidade de existência de sobrelargura nas curvas.29 Figura 23 – Visibilidade nas curvas. ... 30
Figura 24 – Tipos de radióides. ... 31
Figura 25 – Possibilidades de utilização de curvas de transição. ... 32
Figura 26 – Casos a evitar de curvas de transição (JAE,1994). ... 32
Figura 27 – Rasante e perfil longitudinal do terreno. ... 33
Figura 28 – Esquematização das características necessárias para a introdução de vias adicionais para lentos... 36
Figura 31 – Exemplo de peça desenhada “Perfis Transversais”. ... 40
Figura 32 – Esquematização de situações de drenagem superficial no pavimento. ... 41
Figura 33 – Transição da sobreelevação (JAE, 1994). ... 41
Figura 34 – Esquematização de bermas. ... 43
Figura 35 – Esquematização de berma e valeta normal de plataforma não revestida. .. 43
Figura 36 – Ligação da berma ao talude (JAE, 1994). ... 44
Figura 37 – Possibilidades de escoamento da água conduzida por valetas. ... 45
Figura 38 – Valeta larga: arrelvada (a); com fundo revestido (b). ... 45
Figura 39 – Valeta reduzida. ... 45
Figura 40 – Esquematização de uma plataforma. ... 46
Figura 41 – Combinação desejável entre raios em planta consecutivos (JAE, 1994). .. 48
Figura 42 – Descontinuidade no traçado (JAE, 1994). ... 49
Figura 43 – Esquematização de curva em planta após curva convexa (JAE, 1994). .... 50
Figura 44 – Esquematização de curva em planta após curva côncava (JAE, 1994). .... 50
Figura 45 – Esquematização de curva côncava após curva circular (JAE, 1994). ... 50
Figura 46 – Esquematização de curva côncava entre duas concordâncias em planta (JAE, 1994). ... 51
Figura 47 – Boa concordância em planta e perfil (JAE, 1994). ... 51
Figura 48 – Mau traçado em planta (raio diminuto) (JAE, 1994). ... 51
Figura 49 – Mau traçado em perfil (concordância diminuta) (JAE, 1994). ... 51
Figura 50 – Mau traçado (pequeno alinhamento entre duas curvas com o mesmo sentido) (JAE, 1994). ... 51
Figura 51 – Mau traçado em perfil (pequeno trainel entre duas concordâncias côncavas) (JAE, 1994). ... 52
Figura 52 – Curva circular de grande raio e concordância côncava de pequeno raio provocando quebra do traçado em planta (Rv deve ser o maior possível) (JAE, 1994). ... 52
Figura 53 – Método do transporte de coordenadas. ... 54
Figura 54 – Método da Irradiação. ... 56
Figura 55 – Importação de pontos usando a ferramenta Create Points. ... 57
Figura 56 – Visualização dos pontos importados. ... 57
Figura 57 – Visualização de um dos pontos importados. ... 58
Figura 58 – Visualização do desenho do levantamento topográfico. ... 58
Figura 60 – Configuração da superfície. ... 59
Figura 61 – Visualização da superfície apenas com os triângulos (TIN). ... 60
Figura 62 – Visualização da superfície TIN e CN. ... 61
Figura 63 – Atribuição de nome ao estilo de cotagem das curvas de nível. ... 61
Figura 64 – Selecção do tipo de entidade a rotular. ... 62
Figura 65 – Exemplo de cotagem de curva de nível mestra. ... 62
Figura 66 – Definição do parâmetro da velocidade de projecto. ... 63
Figura 67 – Visualização dos alinhamentos criados... 64
Figura 68 – Caixa de diálogo Create Profile from Surface. ... 65
Figura 69 – Separador General da criação do perfil. ... 65
Figura 70 – Separador Station Range da criação do perfil. ... 66
Figura 71 – Separador Profile View Height da criação do perfil. ... 66
Figura 72 – Separador Data Bands da criação do perfil. ... 67
Figura 73 – Visualização do perfil criado do “Alinhamento 1”. ... 68
Figura 74 – Visualização do perfil criado do “Alinhamento 2”. ... 68
Figura 75 – Perfil transversal tipo. ... 69
Figura 76 – Perfil transversal tipo com os limites de aterro e escavação. ... 69
Figura 77 – Criação do corredor do “Alinhamento 1”. ... 70
Figura 78 – Visualização dos corredores criados. ... 71
Figura 79 - Separador General da criação do cruzamento. ... 71
Figura 80 - Separador Geometry Details da criação do cruzamento. ... 72
Figura 81 - Separador Corridor Regions da criação do cruzamento. ... 72
Figura 82 – Cruzamento criado. ... 73
Figura 83 – Visualização 3D do arruamento em estudo... 73
Figura 84 – Visualização das Sample Lines do Alinhamento 1. ... 74
Figura 85 – Visualização das Sample Lines dos dois alinhamentos em estudo. ... 74
Figura 86 – Definição dos factores de descompactação (15%) e compactação (10%). 75 Figura 87 – Configuração do critério e das superfícies a incluir no cálculo. ... 76
Figura 88 – Tabela de volumes do “alinhamento 1”. ... 76
Figura 89 – Tabela de volumes do “alinhamento 2”. ... 77
Figura 90 – Separador General da criação de perfis transversais múltiplos. ... 77
Figura 91 – Separador Section Placement da criação de perfis transversais múltiplos. 78 Figura 92 – Separador Offset Range da criação de perfis transversais múltiplos. ... 78
Figura 94 – Separador Section Display Options da criação de perfis transversais
múltiplos. ... 79
Figura 95 – Separador Data Bands da criação de perfis transversais múltiplos. ... 80 Figura 96 – Separador Section View Tables da criação de perfis transversais múltiplos.
... 80
Figura 97 – Exemplo de folha criada com os vários perfis transversais. ... 81 Figura 98 – Perfil transversal do ponto de estação 1+90.00Km do “Alinhamento 1”. . 81 Figura 99 – Perfil transversal do ponto de estação 0+10.00Km do “Alinhamento 2”. . 81
Índice de Quadros
Quadro n.º 1 - Classes de vias e respectivas velocidades. ... 20
Quadro n.º 2 – Distâncias de visibilidade de paragem (DP) (JAE, 1994). ... 22
Quadro n.º 3 - Valores de distância de visibilidade de decisão (DD) segundo o IEP (JAE, 1994). ... 24
Quadro n.º 4 - Raios mínimos em planta. ... 28
Quadro n.º 5 - Parâmetros fundamentais do traçado em planta. ... 28
Quadro n.º 6 – Inclinações máximas de trainéis (JAE, 1994)... 34
Quadro n.º 7 – Extensões críticas de traineis (JAE, 1994). ... 35
Quadro n.º 8 – Valores do raio mínimo das concordâncias convexas (JAE, 1994)... 37
Quadro n.º 9 – Valores do raio mínimo das curvas verticais côncavas (JAE, 1994). ... 38
Quadro n.º 10 – Largura da berma pavimentada (JAE, 1994). ... 43
Quadro n.º 11 – Relacionamento entre os raios e a extensão dos alinhamentos retos (JAE, 1994). ... 47
1. Introdução
As vias de comunicação são um elemento fundamental no desenvolvimento das cidades, regiões e países contribuindo, em princípio, para o desenvolvimento sustentável dos locais onde se localizam. A sua qualidade é um sinónimo de progresso. A acessibilidade é um factor essencial para a melhoria da qualidade de vida dos cidadãos permitindo um intercâmbio económico, social e cultural. Apesar de existirem outras redes de transportes, a rede rodoviária é inquestionavelmente a infra-estrutura mais importante pois permite completar a cobertura do território, assegurando a acessibilidade a todos os pontos do país. Além disso, em Portugal os transportes rodoviários assumem um papel fundamental visto que constituem o principal meio de transporte utilizado.
O Plano Rodoviário Nacional impulsionou em grande escala a rede rodoviária nacional, que sofreu uma grande modernização, alterando-se as características exigidas para os diferentes tipos de vias, de modo a que estas propiciassem maiores velocidades.
As estradas devem proporcionar uma circulação em condições adequadas de conforto, segurança e economia. O cumprimento destes objectivos pode ser alcançado com um projecto bem dimensionado, complementado com uma boa execução.
As Estradas Municipais têm características próprias que devem ser cuidadas de um modo particular e personalizado. As baixas velocidades praticadas e os menores volumes de tráfego conferem-lhes características distintas.
1.1 Contexto de Trabalho
O presente estudo enquadra-se no âmbito do projecto elaborado para a construção do Novo Centro Escolar, em Vila Nova de Paiva, a ser desenvolvido na Câmara Municipal.
Vila Nova de Paiva é uma vila portuguesa no Distrito de Viseu, região Centro e sub-região do Dão-Lafões, Sede de Concelho e central à região serrana do Alto Paiva – as „terras do demo‟ de Aquilino Ribeiro –, situa-se entre concelhos de Moimenta da Beira, Viseu, Sátão, Castro Daire e Tarouca. Mais de 80% do Município estende-se por altitudes acima dos 800 metros. Possui uma paisagem granítica, ponteada de litologias xistenses e é dominada por uma orografia que acusa erosão. A rede hidrográfica, muito
ramificada, é absorvida pelo Paiva, pelo Rebentão que aflui no Vouga, e pelo Côvo que vem desaguar no Paiva.
Prevendo a Carta Educativa do Município o encerramento progressivo de todas as EB1 do concelho, na medida em que os equipamentos integrados no actual parque escolar se revelam inadequados em face das exigências pedagógicas e recomendado relativamente à Educação Pré-Escolar que se acautelasse a capacidade para acolher também as crianças de todo o concelho, conjecturou-se um único cenário: a construção de um novo Centro Escolar do 1º Ciclo Básico, concentrando os alunos de todas as freguesias do concelho em Vila Nova de Paiva. Para construção do novo Centro Escolar houve a necessidade de disponibilizar e garantir a acessibilidade ao edifício, pelo que se elaborou um projecto de traçado de arruamento na sua envolvente em estudo neste trabalho.
1.2 Objectivos do Trabalho
O presente projecto teve como principais objectivos a identificação das características elementares rodoviárias e associá-las a parâmetros indicadores do seu desempenho em termos de eficiência funcional e económica; seleccionar um traçado eficaz compreendendo os custos associados a terraplanagens e pavimentação; lidar com elementos reais de projecto e procurar desenvolver soluções mais eficientes na relação função/custo/benefício. Mas, principalmente, desenvolver as necessárias competências, bem como a aquisição de conhecimentos, que permitam compreender os aspectos metodológicos e as práticas de concepção no domínio da execução e dimensionamento do projecto da infra-estrutura em estudo.
1.3 Estrutura do Trabalho
Relativamente à organização deste trabalho, neste primeiro capítulo são apresentados os assuntos que serão abordados, assim como a sua importância e objectivos. O capítulo 2, denominado por “História das Infra-Estruturas Rodoviárias”, refere o surgimento das primeiras estradas, a sua necessidade e importância ao longo dos tempos. No capítulo 3, “A Estrada como Infra-Estrutura”, diz respeito às funções e características das estradas, descrição das especificidades e necessidades, assim como os
Coordenação Planta – Perfil”, alude à importância do desenvolvimento do traçado e da existência de uma coordenação entre a planta e o perfil como condição de segurança para o utente da estrada. No capítulo 5 “Caso de estudo – Traçado de Arruamento na envolvente do Novo Centro Escolar em Vila Nova de Paiva”, após a selecção de um trajecto e análise do caso, é descrito todo o processo prático realizado no programa de desenho e é apresentado o resultado final. Finalmente, o capítulo 6 destina-se às “Considerações Finais” referindo as dificuldades que surgiram ao longo do trabalho assim como as vantagens finais.
1.4 Organograma da Câmara e Equipamento utilizado
Os organogramas permitem a compreensão da estrutura funcional e a relação hierárquica entre os que integram a estrutura de um empreendimento público ou privado.
Para compreender melhor como se encontra organizada a estrutura, encontra-se a seguir o organograma desta entidade.
No topo da hierarquia encontra-se o Presidente de Câmara, que é auxiliado directamente pelo Gabinete Jurídico, pelo Gabinete de Apoio ao Presidente e pelo Gabinete de Protecção Civil. No nível seguinte encontram-se as Divisões Orgânicas existentes nesta entidade, que são: a Divisão de Administração e Finanças, a Divisão de Urbanismo e Ambiente, a Divisão de Obras Municipais e a Divisão Social e Cultural.
1.4.1-Divisão de Obras Municipais
O estudo do traçado do arruamento em análise insere-se na área de trabalho de Topografia que se integra na Divisão de Obras Municipais (DOM) e no subsector de Estudos e Projectos. Nesta divisão encontra-se na dependência do chefe da DOM os serviços do Núcleo Administrativo de Apoio à DOM, do sector de Obras por Administração Directa e do sector de Projectos e Empreitadas.
Relativamente ao Núcleo Administrativo de Apoio à DOM, compete-lhe o apoio administrativo que se mostre necessário ao bom funcionamento da divisão e dos seus serviços.
Quanto ao Sector de Obras por Administração Directa, este subdivide-se em: Administração Directa, Águas e Saneamentos e Parques de Máquinas, Viaturas e Oficinas. No subsector de Administração Directa executam-se directamente as obras, competindo-lhe na generalidade as obras de construção, reparação e beneficiação de edifícios e equipamentos da responsabilidade municipal. Relativamente ao subsector de Águas e Saneamentos, esta é a unidade que efectua as obras de redes de abastecimento, drenagem de saneamento e de águas pluviais, e, ainda, mantém e conserva o bom estado das referidas redes. Quanto ao subsector de Parques de Máquinas, Viaturas e Oficinas, compete-lhe a reparação e manutenção da frota de viaturas e máquinas da autarquia, assegurando a gestão, conservação, distribuição e planificação da utilização do parque.
No que concerne ao sector de Projectos e Empreitadas, este encontra-se subdividido em Obras e Empreitadas, Estudos e Projectos e Sinalização e Trânsito. As competências do subsector de Obras e Empreitadas compreendem a direcção, administração e fiscalização de todas as obras municipais a realizar por empreitada, assim como, a preparação e conservação dos arruamentos, estradas e caminhos do município executados por empreitada, e ainda conservação e protecção de monumentos por empreitada, entre outros. No subsector de Estudos e Projectos realizam-se estudos e
estudos relativos a expropriações e outras aquisições e respectivas avaliações, entre outros. Por fim, no subsector de Sinalização e Trânsito coordena-se e conserva-se a sinalização vertical e horizontal dos arruamentos e rodovias municipais.
1.4.2 Recursos materiais
Para a realização deste estudo na Divisão de Obras Municipais recorreu-se à utilização de um instrumento de observação, a estação total Nikon DTM-821 (Field Station), um tripé, um bastão, um prisma Nikon (0mm/ -30mm OFFSET) e par de rádios comunicadores.
Figuras 2, 3, 4 – Imagens da Estação Total em funcionamento e do prisma usado.
Relativamente ao software utilizado para o traçado do arruamento, foi usado o AutoCad Civil 3D 2012. Não foi utilizada uma ploter especial uma vez que as plantas foram transformadas em formato “pdf” e posteriormente impressas numa ploter normal.
2. História das Infra-Estruturas Rodoviárias
A história das estradas remete à história da humanidade, passando pelo povoamento dos continentes, conquistas territoriais, intercâmbio comercial, cultural e religioso, urbanização e desenvolvimento. Foi no Egipto que, com a construção das pirâmides, 2600-2400 a.C., se mostrou necessário implantar estradas, não para veículos com rodas, mas para trenós que davam auxílio ao transporte de cargas. No Brasil, há registos de diversas referências históricas de estradas construídas na antiguidade, bem como velhos caminhos da Índia e da China considerados apenas itinerários identificados a partir de estudos históricos. Entre esses caminhos, está uma das rotas mais antigas e historicamente importantes, devido à sua grande influência nas culturas da China, Índia, Ásia e também do Ocidente: a chamada Rota da Seda. Mais do que uma estrada, esta constituía um conjunto na rede de caminhos que permitia que Oriente e Ocidente se ligassem por razões comerciais. Existiam outras redes de caminhos, rasgadas por propósitos comerciais ou religiosos. No entanto o conceito moderno de estradas, incluindo o planeamento e construção, pertence aos romanos.
Pode considerar-se verdadeiro o ditado popular: “Todos os caminhos vão dar a Roma”. Antes da grande expansão territorial da República Romana, o mar e os rios eram as grandes vias de comunicação, pois o tráfego por terra encontrava-se inacessível e o pouco que havia era de difícil acesso e perigoso. Até cerca de 400 a.C., os romanos utilizavam caminhos de terra para se deslocarem da sua capital às cidades vizinhas. Foi a necessidade de expansão e um grande interesse militar que levou a República Romana a construir uma rede viária que acabou por aproximar os povos, prestando um inestimável serviço à civilização e ao comércio, tendo contribuído para o sucesso da Romanização.
A primeira via foi criada em 312 a.C., por Ápio Cláudio, grande político e reformador legislativo, eleito censor da República Romana, recordado pela construção da estrada que é conhecida pelo seu nome, Via Ápia. Esta via foi criada para unir Roma e a cidade de Cápua, mas com o decorrer dos anos foi sendo ampliada, e, no século II a.C., o seu traçado chegava a Brindisi, principal ponto de ligação marítimo com as províncias orientais.
Figura 5 – Via Ápia em Roma, “Adaptado de MARÉ, Florbela de 2011”.
A Via Ápia tornou-se numa das artérias mais importantes para a economia do império, conhecida por “Regina Viarum – a rainha das estradas”. A sua construção durou quase 120 anos, tendo sido concluída em 190 a.C.. Em certos trechos essa via chega a ter 10m de largura, sendo o mais comum apresentar 4,1m. Estas vias não se encontravam pavimentadas, salvo excepcionalmente no interior das cidades e nas suas proximidades, bem como toda a Via Ápia que fora progressivamente lajeada em todo o seu percurso. A principal rede de estradas Romanas, no seu apogeu, chegou a ter aproximadamente 100 000km. Irradiavam de Roma grandes estradas militares, entre as quais a Via Ápia, que se estendia por 660km.
Figura 6 – Rede Viária Romana, “Adaptado de MARÉ, Florbela de 2011”.
As estradas eram construídas em secções rectas e planas, evitando obstáculos como colinas e pântanos. Geralmente eram levantadas a partir de um leito escavado sobre o terreno, com largura que permitisse o cruzamento de dois carros. As leis das doze tábuas, datada de cerca de 450 a.C., especificavam que a largura de uma via deveria ser de 8 pés (2,45m) em linha recta e 16 pés (4,90m) em curva. Era colocada
uma camada de pedras grandes, com a espessura de 30 a 60cm, na zona escavada, essa camada ficou conhecida como “statumen”, sendo esta a parte mais importante da obra, pois sobre ela se faria a futura via. Sobre a “statumen” colocava-se areia e gravilha até perfazer uma camada de 20cm, conhecida por “rudus” e por cima desta outra de igual espessura designada de “nucleus”, constituída por pedra triturada misturada com cal. Sobre o “nucleus” assentava a camada superior “sumus crustae” ou “stratum”, constituída por lajes talhadas e ajustadas, de granito ou basalto, conforme as pedreiras da região, obtendo-se por fim um pavimento uniforme e liso com bermas delineadas. Da pavimentação “stratae”, nasceu a palavra estrada.
Figura 7 – Esquema natural das estradas romanas, “Adaptado de MARÉ, Florbela de 2011”.
Relativamente ao perfil transversal, o pavimento era mais alto na zona central, permitindo a drenagem da água das chuvas para as valetas. Para além da zona pavimentada da estrada, era limpa de vegetação, uma faixa de terreno com dois a três metros, em declive e com drenagem que constituía a zona de segurança e estabilidade da obra. As estradas eram dotadas de muretes laterais, tal como hoje há lancis nos passeios para os peões, assinalando o limite lateral da via. Estas eram supervisionadas por um director (“curator viarium”) que delegava no engenheiro (“architectus”) a sua execução. Este por sua vez, tinha sob suas ordens um agrimensor e um nivelador (actuais topógrafos) cuja função era traçar estradas o mais planas e rectilíneas possível.
As vias romanas, apresentavam diferentes importâncias e diferentes classificações. As “viae publicae”(vias públicas), eram as principais vias do Império que uniam as cidades mais importantes entre elas, também chamadas de “viae praetoriae” (vias pretorianas), “viae militar” (vias militares), ou “viae consular” (vias consulares).
As “viae vicinales”, que partiam das vias públicas, eram vias secundárias que permitiam unir as povoações às grandes vias. Estas eram evidentemente a maioria das vias da rede. A terceira categoria de estradas era denominada de “viae privatae” (vias privadas) que uniam as principais propriedades, as “villae”, com as “viae vicinales” e “publicae”. Estas estradas podiam ser consideradas públicas ou privadas, de acordo com o facto de a sua construção ser de fundos públicos ou privados, tornando-se as últimas públicas quando o seu construtor/proprietário falecia.
Apesar do território continental português não ser muito extenso (cerca de 92000 km2) é fisicamente muito diversificado. Foi a essa diversidade que as vias romanas se adaptaram, quer atravessando os maciços montanhosos do Centro e Norte de Portugal, quer sulcando as longas planícies do Sul. A abundância de pedra e o maior rigor do clima e dos relevos levou a que na região norte do país que se tenha utilizado mais as “glareae stratae” (estradas revestidas com calçada) de que hoje se encontram abundantes troços. No sul, apesar de existirem troços em calçada, as “viae terrenae” eram a regra, mesmo quando se tratava de importantes eixos viários. É devido à abundância de rios e a um relevo de difícil circulação que no centro e norte do país se construíram muitas obras de arte, conservando-se ainda hoje algumas em perfeitas condições como a Ponte de Chaves (“Aquae Flaviae”). Toda esta imensa rede viária articulava-se com os portos marítimos como em Olisipo (Lisboa) ou Ossónoba (Faro), de onde partiam e chegavam navios vindos de todo o mundo romano.
3. A Estrada como Infra-Estrutura
O progressivo desenvolvimento dos meios de transporte, até ao automóvel dos dias de hoje, incitou sucessivos aumentos na qualidade das vias, tanto no que refere ao traçado como à qualidade da construção, daí resultando que, na maior parte dos países, as estradas constituem actualmente as principais infra-estruturas de transporte.
Em Portugal o transporte rodoviário tem vindo a comprovar a sua importância, tanto no que respeita ao transporte de mercadorias como ao transporte de pessoas, podendo dizer-se que o transporte rodoviário assegura 80 a 90% da actividade do país.
As estradas têm algumas particularidades que as distinguem das outras obras de engenharia civil, inerentes às dificuldades na elaboração dos seus projectos. De facto, um projecto rodoviário é um trabalho bastante complexo e moroso, devido essencialmente ao facto de as estradas terem um desenvolvimento em extensão, pressupondo condicionantes derivados da natureza (condições de fundação das obras, condições topográficas, condições hidrológicas e ambientais), de serem expostas às condições ambientais (pluviosidade, temperatura, a combinação destas duas na forma de gelo, etc.), e de implicarem o uso de materiais muito variados ao longo do traçado (causando problemas no controlo de qualidade, de técnicas construtivas e dimensionamento das obras).
A grande definição da rede rodoviária de um território é feita em função de razões ligadas à ocupação e desenvolvimento do território , da economia e planeamento de transportes, da defesa nacional, entre outros. As linhas gerais dessa definição são consolidadas em documentos de planeamento, que em Portugal são o Plano Rodoviário Nacional (PRN) para as estradas nacionais, e os Planos Directores Municipais (PDM) para as estradas municipais.
O Plano Rodoviário Nacional define a rede rodoviária nacional do continente quanto à função, composição e características das vias que a integram. A rede de estradas nacionais é constituída pela a rede fundamental e pela rede complementar. A rede nacional fundamental integra os Itinerários Principais (IP), que são as “vias de comunicação de maior interesse nacional e servem de base de apoio a toda a rede rodoviária nacional, assegurando a ligação entre os centros urbanos com influência supra-distrital e destes com os principais portos, aeroportos e fronteiras”, como é
definido no Decreto-Lei n.º 222/98 de 17 de Julho e alterado pela Lei n.º 98/99 de 26 de Julho. A rede nacional complementar é composta pelos Itinerários Complementares (IC) e pelas Estradas Nacionais (EN), assegurando “a ligação entre a rede nacional fundamental aos centros urbanos de influência concelhia ou supra-concelhia mas infra-distrital”, como é definido do Decreto-Lei já referido. Ainda são definidas duas redes com características específicas pertencentes à rede rodoviária nacional, a rede nacional de auto-estradas e a rede de estradas regionais (ER). A rede nacional de auto-estradas é formada pelos IP ou IC especificamente projectados e construídos para o tráfego de motorizados em exclusivo. As ER servem as comunicações rodoviárias com interesse supra-municipal e em complementaridade com a rede rodoviária nacional.
3.1 Fases de Estudo de uma Estrada
Segundo o artigo 2º da Portaria do Ministério das Obras Públicas e das Comunicações de 7 de Fevereiro de 1972, “O projecto desenvolver-se-á de acordo com as seguintes fases, (...) programa preliminar, programa base, estudo prévio, projecto base e projecto de execução.”
O programa preliminar é estabelecido pelo dono da obra, que define os objectivos da obra, os condicionamentos financeiros e o nível de qualidade da mesma. No que respeita a estradas, o programa preliminar habitualmente refere a ligação a estudar, o local onde se inicia e termina, nível de serviço pretendido, podendo dar indicações da velocidade de projecto e perfil transversal tipo presumíveis, elementos já disponíveis para o estudo (estudos anteriores, cartografia, fotografia aérea, etc.).
Seguidamente, o projectista elabora o programa base, no qual verifica a viabilidade de execução da obra e estuda as soluções alternativas. Podem também, nesta fase, ser propostas alterações àquele programa de forma a optimizar a qualidade, segurança, prazo de execução e custo de obra (Dias, 2006).
No caso das infra-estruturas rodoviárias, antes da execução do estudo prévio, é necessário proceder-se a estudos de viabilidade de projecto de forma a seleccionar quais as alternativas mais favoráveis. Segue-se o estudo de viabilidade de corredores, em que se analisam os mesmos em função das condicionantes legais e territoriais, inseridas na zona em estudo. Por fim, executa-se o estudo de viabilidade de traçado, em que será feita uma análise comparativa dos traçados. Esta análise deve ser feita tendo em atenção a extensão das alternativas, os custos associados, o tráfego e ainda as ligações com a rede rodoviária existente. Após os estudos de viabilidade, o autor do projecto elabora o estudo prévio. O estudo prévio é uma das fases mais importantes, contendo, habitualmente, a indicação e descrição das soluções (definidas normalmente em cartas à escala 1:5000 ou maior), a análise das grandes condicionantes do traçado e a análise comparativa das várias soluções atendendo a diversos pontos de vista, inclusive o do interesse económico do empreendimento.
Com a aprovação do estudo prévio, o projectista elabora o anteprojecto ou projecto base, onde estão especificadas as soluções previstas no estudo prévio e se concretizam as bases de continuação do estudo. O projecto base é um primeiro desenvolvimento da solução escolhida no estudo prévio, aproximando-se bastante da solução definitiva. Este é por vezes denominado de ante-projecto e no caso das estradas
é elaborado já com uma cartografia que permite bastante pormenor (1:2000 ou mesmo 1:1000). Nas estradas o projecto base é normalmente dispensado, apenas tendo lugar quando o estudo prévio não foi conclusivo quanto à opção a tomar ou quando o estudo económico conduziu a um interesse marginal. Nestes casos, procura-se esclarecer a situação com a análise mais detalhada que constitui o projecto base. Nesta fase, quando se define a directriz e uma rasante aproximada, elabora-se a planta parcelar, ou seja, a planta com a indicação dos terrenos a expropriar para a realização da obra. Como este processo de expropriação é relativamente moroso, assim é possível ganhar tempo porque ele se vá processando enquanto se elabora o projecto de execução.
Por fim, o autor do projecto elabora o projecto de execução onde se definem todos os elementos necessários à boa execução dos trabalhos. O projecto de execução contém, entre outros, os seguintes elementos principais: memórias descritivas e justificativas das soluções adoptadas para todas as partes da obra, os desenhos necessários para as definir, os cálculos de dimensionamento (hidráulico, estrutural, etc.), os cálculos para avaliação do volume de trabalho (medições), o custo previsível para a obra (orçamento), o caderno de encargos (dos materiais e processos construtivos e cláusulas administrativas) e os cálculos e dados para a implantação da obra no terreno. Os projectos de execução são realizados habitualmente, no que respeita a estradas, à escala 1:2000 ou 1:1000, com numerosos pormenores a escalas ainda muito maiores.
3.2 Principais Elementos de uma Estrada
A estrada pode ser definida como uma via de comunicação terrestre especialmente destinada ao trânsito de veículos. A sua principal finalidade é assegurar a existência de uma superfície que permita a circulação de veículos com comodidade, com segurança e em condições económicas, durante o tempo de vida do projecto, nas diferentes condições ambientais que possam ocorrer.
Para garantir a comodidade, a segurança e a economia, aconselha-se que a superfície se desenvolva de modo a ser plana e pouco sinuosa. Contudo, o terreno onde se desenvolve a estrada não permite atingir esses objectivos devido ao relevo e outros acidentes topográficos existentes, pelo que há a necessidade de moldar o terreno, movendo material de um lado e colocando-o em outro lado, de modo que a superfície
A deslocação de terreno, tirar terreno de um local (escavação) para colocar noutro local (aterro), constitui uma tarefa muito importante na realização das obras designando-se por terraplanagens. As terraplanagens são a modelação do terreno natural para o estabelecimento de uma estrada.
A superfície resultante das terraplanagens, formada por solos, não apresenta características de resistência adequada para fazer face às cargas, quer verticais quer tangenciais, dos rodados dos veículos, nem à acção dos agentes atmosféricos (em especial a água das chuvas e o gelo). Portanto é necessário construir, sobre essa plataforma, uma estrutura de materiais mais resistentes que suporte as acções dos agentes atmosféricos e as cargas dos veículos. Esta estrutura denomina-se de pavimento da estrada e cuja função é melhorar as características da superfície no que respeita a comodidade, segurança e economia da condução, e duração física.
Figura 11 – Secção transversal do pavimento.
Aquando da realização das terraplanagens, alguns aterros ocorrem sobre linhas de água (permanentes ou temporárias) onde a água das chuvas se acumula e corre. Para garantir a continuidade desses cursos de água após a construção da estrada, prevê-se a
Figura 10 – Movimentação de terras em
perfil transversal.
Figura 9 – Movimentação de terras em
construção de passagens hidráulicas com capacidade de escoamento adequado e com resistência mecânica suficiente para suportar o peso dos aterros e o tráfego.
Figura 12 – Passagem hidráulica.
Para além desses cursos de água, há que ter em conta a água da chuva que cai sobre o pavimento, a água que cai nos terrenos contíguos à estrada e nos taludes de escavação, e a água subterrânea que pode prejudicar a estabilidade dos taludes ou do pavimento. O conjunto de dispositivos que visam o desvio da água da estrada ou redução das suas consequências constitui o sistemas de drenagem da estrada.
Figura 13 – Drenagem de água superficial e subterrânea.
Para uma orientação e circulação com segurança, recorre-se a dispositivos que complementam as medidas que são tomadas ao fixar o desenvolvimento da estrada. Estes dispositivos são, por um lado, as guardas de segurança que evitam ou minimizam as consequências dos despistes e são colocadas estrategicamente ao longo do traçado; por outro lado, a sinalização por painéis verticais (sinalização vertical) ou por pinturas no pavimento (sinalização horizontal) que fornece indicações sobre a forma como a condução deve ser realizada. Em certas zonas há regulação do trânsito por meio de sinalização luminosa (semáforos).
A passagem de grandes depressões, cursos de água ou de outras vias, implica a execução de estruturas especiais geralmente designadas por obras de arte. As obras de arte mais comuns na construção de uma estrada são as pontes, viadutos, pontões, passagens superiores, passagens inferiores e muros de suporte.
Figura 14 – Passagens superiores.
Figura 15 – Passagens inferiores.
Figura 16 – Muros de suporte.
3.3 Principais Condicionantes do Traçado
Aquando do estabelecimento do traçado de uma estrada há que atender a vários factores associados às características do terreno da região, às condições de circulação que se pretende oferecer ao tráfego e às questões económicas. A solução a adoptar será o resultado da ponderação do conjunto das diversas condicionantes que influenciam a forma e definição do traçado de uma estrada.
Em função do tráfego que se prevê e da qualidade de serviço que se deseja oferecer (comodidade de condução, segurança, velocidade de circulação, etc.), é possível fixar características geométricas que permitam atingir esses objectivos, como por exemplo a largura da faixa de rodagem, os raios mínimos das curvas, as inclinações máximas das rampas, entre outros. Estas características mínimas são fixadas através de regras, cabendo ao projectista decidir entre estas a que melhor se adequa aos aspectos económicos e às condicionantes da região.
As condicionantes referentes às características da região são muito variadas, sendo as mais significativas a topografia, o clima, a hidrologia, a geologia e a geotecnia, a ocupação do solo e paisagismo.
O relevo topográfico é um importante condicionante do traçado. O traçado deve ajustar-se o mais possível ao terreno natural, evitando, assim, grandes movimentos de terra contornando os diversos problemas de estabilidade de taludes e assentamentos, assim como a necessidade de obras de arte (muros, aquedutos, restabelecimento de vias interrompidas e perturbação da paisagem). Os traçados que se desenvolvem em linhas de cumeada, embora mais sujeitos à acção dos ventos, têm as vantagens de implicarem, em geral, reduzidos movimentos de terra e não colocam grandes problemas de drenagem. Nos traçados a meia encosta há que ter em atenção a eventualidade de instabilização dos terrenos e de existência de água nos estratos permeáveis que sejam atravessados pelo traçado. Contudo, a solução mais económica é desenvolver o traçado ao longo das encostas. Nos traçados em vales há possibilidade de ocupar terrenos de boa aptidão agrícola e de criação de problemas de drenagem associados a níveis freáticos elevados. Para além disso, os solos são geralmente mais finos e plásticos tornando-se um inconveniente, apesar do seu desenvolvimento ser mais fácil e menos sinuoso.
No que depende do clima há que ter certos cuidados na definição dos traçados de forma a evitar a incidência de ventos laterais (podem provocar despistes), encostas expostas a norte devido à formação de geada e gelo, zonas baixas devido à formação de nevoeiros e neblinas, e zonas de nível freático alto devido à formação de gelo.
Quanto à hidrologia de superfície deverá evitar-se o cruzamento de linhas de água, pois implica a construção de obras especiais (aquedutos, pontões ou pontes) para garantir a permanência dos cursos de água. Se as linhas de água forem profundas
ter-se-aluviões (terrenos compressíveis com reduzida capacidade de carga) e à ocorrência de cheias. Se o traçado exigir o cruzamento de linhas de água, dever-se-á fazê-lo o mais a montante possível, pois os vales são menos cavados e mais estreitos, e os caudais são mais pequenos.
Relativamente à hidrologia subterrânea, como já referido, deve evitar-se as zonas de nível freático alto devido aos problemas de fundação de aterros e pavimentos, e ter atenção às águas que provocam a instabilidade dos taludes e encostas.
A geologia e a geotecnia são dos factores mais importantes a ter em conta na definição do traçado pela facilidade de construção (quanto mais rochoso for o terreno mais difícil a construção devido à dificuldade de escavação), pela estabilidade de taludes e encostas, pela fundação de aterros e outras obras, pelos materiais de construção (os materiais escavados podem ter boas características para serem usados nos aterros ou nas camadas dos pavimentos), e pelos cuidados de drenagem já referidos. Deve-se, então, procurar orientar o traçado de modo a que ele passe por terrenos com boas características geotécnicas.
Considerando a ocupação do solo, na definição do traçado deve-se ter atenção a este condicionante procurando interferir o menos possível com as ocupações existentes ou potencialmente mais valiosas. Sendo assim, o traçado deve tentar cruzar os terrenos de valor reduzido (baldios, matas, culturas de sequeiro, etc.), e não perturbar valores sociais estabelecidos (não separar aglomerados populacionais ou as povoações dos terrenos de cultivo e até mesmo circulações existentes de pessoas e veículos).
A construção de uma estrada por vezes constitui um elemento perturbador do ambiente, pelo que o seu estudo deve efectuar-se de forma a que esta se integre o mais possível no ambiente. Assim, devem evitar-se grandes movimentos de terra e evitar a poluição sonora nas zonas habitacionais próximas. Quando os movimentos de terra forem significativos devem-se tratar adequadamente os taludes e depósitos de terra feitos fora da estrada com revestimentos de vegetação própria da região. Num aspecto positivo, o traçado deve ser estudado de modo a proporcionar aos condutores uma visão agradável e em segurança do ambiente que o rodeia, prevendo inclusive locais de paragem e repouso.
No estudo de uma estrada, um aspecto económico muito importante, na comparação das várias alternativas do traçado, é a análise económica quer em termos relativos quer em termos absolutos. Neste tipo de construção existem sempre certos custos associados (custos de construção, conservação e exploração), e há benefícios compensatórios relativamente à situação anterior à construção da estrada (maior velocidade de circulação, menores extensões de percurso, menores despesas de circulação e menor tempo gasto). A análise económica é realizada calculando-se os benefícios e os custos para cada solução estudada, e avaliada a relação benefício/custo.
3.4 Definição Geométrica Geral de uma Estrada
As vias urbanas desempenham diversas funções que, em termos funcionais, se podem resumir a duas: acessibilidade e mobilidade. As características geométricas que este tipo de vias devem apresentar deverão ser distintas consoante as funções primordiais a que estão associadas e que deverão desempenhar.
Com a criação da hierarquização viária pretende-se evitar que as funções incompatíveis se desenrolem no mesmo espaço e tempo. As velocidades associadas a cada classe são apresentadas no seguinte quadro.
Quadro n.º 1 - Classes de vias e respectivas velocidades.
Para o dimensionamento das vias destinadas a velocidades superiores a 50 Km/h é comum a utilização da “Norma de Traçado – J.A.E. 1994”. No entanto, sempre que se quer projectar para velocidades iguais ou inferiores a 50 Km/h, na ausência de qualquer norma adaptada à realidade portuguesa, constata-se uma grande diversidade de princípios orientadores, prevalecendo a experiência e o bom senso, ou até mesmo a ausência de qualquer critério.
Importa assim adoptar as características mais adequadas para vias que se desenvolvem em ambiente urbano, tendo presente as especificidades próprias deste meio, as velocidades que se pretendem garantir e mesmo estimular, e as características dos veículos, de forma a que as vias possam desempenhar as suas funções com qualidade e segurança.
3.4.1 Distâncias de Visibilidade
De forma a proporcionar ao condutor a segurança necessária, o estudo do projecto da estrada deve ser realizado de modo a que o condutor possa ver à sua frente um comprimento de traçado suficiente, para ter tempo de realizar as manobras impostas pelo aparecimento de obstáculos no seu percurso ou para poder ultrapassar veículos mais lentos. Portanto, há que garantir certas distâncias de visibilidade, entendendo-se por isto a distância até à qual o condutor de um veículo pode ver a estrada à sua frente. Existem três tipos de distância de visibilidade com características importantes da estrada. Uma é a distância de visibilidade de paragem (DP) que está relacionada com a segurança da condução. Outra é a distância de visibilidade de ultrapassagem (DU) que está associada não só à segurança, mas também ao nível de serviço oferecido pela estrada, pois quanto mais numerosas e maiores forem as extensões com visibilidade adequada para fazer ultrapassagens mais segura é a condução e maior a velocidade de circulação. Finalmente temos a distância de visibilidade de decisão (DD) que deve ser aplicada para garantir ao condutor, perante uma singularidade do traçado (cruzamento, nó de ligação, etc.), o tempo suficiente para poder corrigir uma decisão mal feita.
Distância de Visibilidade de Paragem
A distância de visibilidade de paragem (DP) é a distância necessária para que o condutor de um veículo, que circula a determinada velocidade, possa aperceber-se de um obstáculo e travar o veículo de forma a parar antes de atingir o mesmo. Esta distância é a soma de duas componentes, a distância percorrida pelo veículo durante o tempo de percepção e reacção do condutor, e a distância percorrida durante o tempo de travagem. Quando o condutor vê o obstáculo a informação recebida é transmitida ao cérebro, que a interpreta, tomando o condutor consciência que deve accionar os travões. O intervalo de tempo decorrido é o tempo de percepção que varia de condutor para condutor (visão, idade, etc.). O tempo de reacção é o tempo que decorre até o condutor
actuar sobre o travão depois de ter tomado consciência do obstáculo, dependendo essencialmente do condutor. O tempo de percepção-reacção é aproximadamente de dois segundos de acordo com a EP – Estradas de Portugal, S.A (JAE, 1994). A distância percorrida durante a travagem pode-se calcular admitindo que ela é a distância necessária para as forças de atrito anularem, pelo seu trabalho, a energia cinética de que o veículo está animado no início da travagem. As forças de atrito são função da velocidade, natureza e estado dos pavimentos, desgaste e desenho do piso dos pneus, presença de água no pavimento.
Velocidade V (Km/h) 40 50 60 70 80 100 120
f (coeficiente de atrito longitudinal) 0.38 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.32
DP (m) Mínima 40 60 80 100 120 180 250
Quadro n.º 2 – Distâncias de visibilidade de paragem (DP) (JAE, 1994).
Os valores de DP devem ser garantidos ao longo de toda a estrada e em qualquer dos sentidos, sendo medidos entre os olhos do condutor (supostos 1,05 metros acima do pavimento) e o obstáculo (suposto com 0,15 metros de altura acima do pavimento) (JAE, 1994). Estas alturas têm especial significado nas curvas verticais de concordância (Fig. 13).
Figura 17 – Distância de visibilidade de paragem associada a uma curva vertical convexa.
Os veículos pesados, devido à sua maior massa, têm para a mesma velocidade, maior energia cinética que os veículos ligeiros e, por isso, necessitariam de maiores distâncias de visibilidade de paragem. Contudo isso não se verifica na prática, pois estes circulam a velocidades mais reduzidas e a posição mais elevada do condutor permite uma observação do obstáculo com maior antecedência.
Distância de Visibilidade de Ultrapassagem
A distância de visibilidade de ultrapassagem (DU) é a mínima distância de visibilidade de que deve dispor o condutor de um veículo para ultrapassar outro, com segurança e comodidade, sem obrigar a diminuir a velocidade de um terceiro veículo que circula em sentido contrário. A distância de visibilidade de ultrapassagem é composta por quatro dados (Fig. 14 ):
Distância percorrida pelo veículo ultrapassante durante o tempo de percepção de condições favoráveis à manobra e de reacção do condutor, incluindo aceleração do veículo até atingir a via de ultrapassagem;
Distância percorrida pelo mesmo veículo enquanto circular na via de ultrapassagem e toma, seguidamente, novamente a via da direita;
Distância, no fim da manobra, entre o veículo ultrapassante e o veículo que vem em sentido contrário (distância de segurança);
Distância percorrida pelo veículo que circula em sentido contrário, durante a ultrapassagem.
Figura 18 – Esquema de estabelecimento da distância de visibilidade de ultrapassagem.
A distância correspondente à DU deve ser medida entre o veículo que pretende ultrapassar e o que circula em sentido oposto para os pontos situados a 1,05 metros acima do pavimento, representando os olhos dos condutores.
Distância de Visibilidade de Decisão
A distância de visibilidade de paragem é considerada insegura sempre que os condutores têm de tomar uma decisão complexa, ou quando as informações dadas pela
sinalização são de difícil compreensão, como por exemplo aproximações de intersecções, nós de ligação, zonas de entrecruzamento, instalações de apoio aos usuários, entre outros. A distância de visibilidade de decisão (DD) é função da velocidade de tráfego, VT. Portanto a DD é a distância necessária para um condutor se aperceber de uma informação inesperada, de difícil compreensão, ou de uma alteração nas características da estrada, de identificar essa situação e adoptar a velocidade mais conveniente para realizar a manobra em segurança.
Velocidade (Km/h) 60 80 100 120 140
DD (m) 200 270 330 400 470
Quadro n.º 3 - Valores de distância de visibilidade de decisão (DD) segundo o IEP (JAE, 1994).
Uma estrada visa essencialmente o estabelecimento de uma superfície de rolamento para veículos, que deverá apresentar determinadas características e obedecer a certos condicionalismos. Para definir geometricamente o desenvolvimento de uma estrada, isto é, o seu traçado, normalmente recorre-se aos seguintes elementos: planta, perfil longitudinal, perfil transversal tipo e perfis transversais.
3.4.2 Definição em Planta
Em planta, o elemento geométrico utilizado para a definição do traçado é a directriz, que é a intersecção do “eixo da estrada” com um plano horizontal. Em termos de geometria descritiva a directriz é o traçado do eixo da estrada num plano horizontal directriz, podendo ser definida como a linha formada por alinhamentos rectos concordados por alinhamentos curvos, de raio constante ou de raio variável (nas curvas de transição), caracterizando o traçado em planta da estrada (Fig. 15).
Figura 19 - Definição geométrica em planta e perfil longitudinal.
O traçado em planta, deste modo, são os elementos geométricos que definem esta linha, associados às coordenadas cartográficas de alguns pontos, que permitem definir no projecto e sobre o terreno o traçado em planta. As coordenadas cartográficas de alguns pontos são justamente os elementos que possibilitam a implantação no terreno do traçado estudado em projecto.
A definição geométrica de uma estrada é, então, feita através da directriz em planta, da rasante em perfil longitudinal e dos perfis transversais em secção transversal. A directriz deve-se referir sempre ao eixo da secção transversal, podendo ser o centro da faixa de rodagem nas estradas com duas vias, o centro do separador, se este for de largura constante, nas estradas com faixas de rodagem unidireccionais, ou o centro de cada faixa de rodagem, se o separador não for de largura constante, nas estradas com faixas de rodagem unidireccionais. A directriz é composta pelos seguintes elementos
geométricos: alinhamentos rectos e curvas circulares de concordância entre os alinhamentos rectos, as quais são geralmente complementadas por curvas de transição que se situam entre aquelas e os alinhamentos rectos. Em estradas de pequena importância, com tráfego reduzido e velocidades baixas, a concordância entre alinhamentos rectos pode-se efectuar recorrendo exclusivamente a curvas circulares, passando-se o mesmo nos restantes tipos de estradas desde que o raio seja muito grande.
Alinhamento Rectos
Os alinhamentos rectos são os elementos preferenciais do traçado em planta, pois permitem uma visibilidade da estrada em maior extensão, o que resulta numa maior segurança na condução, em maiores velocidades e mais oportunidades de ultrapassagem. Contudo os alinhamentos rectos apresentam aspectos negativos como: má adaptação à topografia originando movimentos de terra maiores em zonas onde o terreno natural não é plano, tornam a condução monótona, aumentam a duração de encadeamento e dificultam a avaliação das velocidades e das distâncias. De forma a atenuar estes inconvenientes deve-se variar a inclinação longitudinal, reduzindo a monotonia na condução e a duração do encadeamento e limitar a extensão (em metros) dos alinhamentos rectos com inclinação longitudinal constante.
Curvas Circulares
Os pontos principais que ajudam a definir geometricamente o traçado em planta das curvas circulares são os pontos de tangência com o alinhamento recto, o ponto bissectriz que se situa a meio do desenvolvimento da curva, o centro da curva e o vértice dos alinhamentos rectos. Quanto aos elementos principais, estes são: o raio, a tangente, a bissectriz e o desenvolvimento da curva.
Figura 20 – Elementos de uma curva circular utilizados na sua definição geométrica.
Para a definição do raio mínimo de uma curva circular, de modo que a circulação de um veículo se verifique em condições de segurança, é necessário analisar as condições em que aquela circulação se efectua. Quando um veículo, de um dado peso, descreve a curva de determinado raio, a uma determina velocidade, fica submetido a uma força centrífuga que tende a empurrá-lo para fora da estrada, em direcção ao lado exterior da curva, ou mesmo a fazê-lo capotar. A estas tendências opõe-se a força de atrito entre os pneus e o pavimento. Na figura seguinte observa-se o conjunto de forças que actuam sobre o veículo, e ainda verifica-se que o pavimento considera-se inclinado de modo a “ajudar” o veículo a manter-se na estrada, dizendo-se que o pavimento está sobreelevado (admite-se uma sobreelevação).
Para não ocorrer deslizamento é necessário garantir que as forças que provocam o deslizamento sejam menores que as forças que o tendem a evitar. Define-se então um valor para o raio mínimo de uma curva circular de modo a que não haja derrubamento de um veículo que circula a determinada velocidade num pavimento com sobreelevação, SE. De acordo com as normas da EP (JAE, 1994), os valores mínimos absolutos dos raios indicados nas normas de traçado são fixados considerando o valor máximo de coeficiente de atrito transversal para a velocidade base e sobreelevação máxima (7%).
Velocidade base (Km/h) Raio mínimo absoluto (RA) Raio mínimo normal (RN)
40 55 110 50 85 180 60 130 250 70 180 350 80 240 450 90 320 550 100 420 700 110 560 850 120 700 1000 130 900 1200 140 1200 1400
Quadro n.º 4 - Raios mínimos em planta.
Os raios mínimos normais são os raios cujo uso é o recomendado, porque permitem a circulação de veículos em melhores condições de segurança e comodidade. Nas normas da EP (JAE,1994) os valores do raio mínimo normal são calculados para uma sobreelevação de 5% e de modo a que a aceleração centrífuga seja, aproximadamente, metade do valor máximo admitido.
Parâmetro Velocidade base (Km/h)
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Extensão mínima dos alinhamentos
rectos (a) (m) - - 360 420 480 540 600 660 720 780 840 Extensão máxima dos alinhamentos
rectos (m) - - 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 Raio mínimo normal (RN) (m) 110 180 250 350 450 550 700 850 1000 1200 1400 Extensão crítica das curvas (b) (m) 30 40 50 65 90 115 150 190 250 320 400 Parâmetro mínimo da clotóide 35 50 70 90 120 150 180 220 270 330 410 Raio mínimo sem sobreelevação
(RS) (m) ≥ 2500 ≥ 5000
(a) Estes valores são indicativos;
Para que o traçado fique completamente definido no que diz respeito às dimensões da secção transversal da estrada, há ainda que considerar nas curvas a utilização de uma largura adicional. Um veículo ao descrever uma curva precisa lateralmente de mais espaço do que em alinhamento recto, já que as trajectórias das rodas da frente não coincidem com as das rodas traseiras, o que está esquematizado na seguinte figura.
Figura 22 – Esquematização da necessidade de existência de sobrelargura nas curvas.
Para raios de curva circulares superiores a 200 metros, as normas da EP (JAE, 1994) indicam que é dispensado o uso de sobrelargura. Esta, quando indispensável, é introduzida em projecto do lado do intradorso das curvas(mantendo a directriz de cálculo).
Em todo o traçado, há que assegurar a distância de visibilidade de paragem. A existência de árvores, pilar de uma estrutura, construções, talude de escavação, ou outros obstáculos no interior das curvas, pode reduzir aquela visibilidade mínima que se tem de assegurar, tanto maior quanto menor for o raio da curva. Há assim que garantir uma certa desobstrução lateral mínima para que essa visibilidade exista. O ábaco da figura seguinte permite calcular a distância mínima de uma obstrução ao eixo da via interior, a fim de garantir a distância de visibilidade de paragem em função do raio e da velocidade base.
Figura 23 – Visibilidade nas curvas.
Curvas de Transição
Quando um veículo descreve uma curva circular está sujeito, entre outros, à acção de uma força centrífuga inversamente proporcional ao raio dessa curva. Se a curva circular se seguir imediatamente a um alinhamento recto, a força centrífuga, que é nula no alinhamento recto, é aplicada instantaneamente ao veículo, originando desconforto e eventual falta de segurança no condutor. Para evitar este inconveniente, introduzem-se curvas entre os alinhamentos rectos e as curvas circulares, possibilitando assim que a força centrífuga seja aplicada de forma gradual ao veículo. Este tipo de curvas designam-se por curvas de transição. A não introdução de curvas deste tipo provoca incómodo à condução, que se pode exprimir através do grau de incómodo dado pela variação da aceleração centrífuga na unidade de tempo. Assim, o principal objectivo das curvas de transição é limitar esse grau de incómodo, ou seja, a valor de variação da aceleração centrífuga na unidade de tempo. As curvas de transição
sua via de tráfego, aumentar a comodidade óptica para o condutor e permitir um disfarce gradual e criterioso da sobreelevação e da sobrelargura entre o alinhamento recto e a curva circular. De facto, verifica-se que no caso de não haver curvas de transição, o condutor conduz o veículo segundo uma trajectória correspondente a uma dessas curvas, o que pode levar o veículo para fora da sua via de tráfego. Verifica-se, ainda, que a existência de curvas de transição prolonga a percepção, por parte do condutor, de toda a concordância, melhorando o conforto óptico. Se as curvas de transição não existirem, o disfarce da sobreelevação e sobrelargura seria efectuado contando com algum espaço dentro da curva circular, o que naturalmente diminuiria a segurança de circulação nessa curva circular.
As curvas que preenchem os requisitos exigíveis às curvas de transição são as radióides, pois o seu desenvolvimento é inversamente proporcional ao parâmetro definidor da sua curvatura. Existem três tipos de radióides: a clotóide em que o raio é inversamente proporcional ao seu desenvolvimento, a lemniscata de Bernoulli em que o seu raio é inversamente proporcional ao raio vector ou corda, e a parábola cúbica em que o raio é inversamente proporcional à abcissa.
Figura 24 – Tipos de radióides.
A curva adoptada para a curva de transição empregue em estradas é, geralmente, a clotóide. A clotóide pode ser utilizada para efectuar uma transição em diversas condições: entre um alinhamento recto e uma curva circular (caso mais comum), entre curvas circulares de sentidos opostos (chamada “S” clotóide), e entre curvas circulares do mesmo sentido (chamada “C” clotóide).
Figura 25 – Possibilidades de utilização de curvas de transição.
Existem casos de concordância que, por motivos de segurança, devem ser evitados. É o caso de clotóide em vértice. Quando não for possível evitar este caso, os parâmetros das clotóides devem ser idênticos. Também se devem evitar as concordâncias de duas curvas de transição do mesmo sentido ou de duas curvas de transição consecutivas.
Figura 26 – Casos a evitar de curvas de transição (JAE,1994).
3.4.3 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,
