CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Artur Cortês da Rosa
PROPOSTA PARA NOVO CONTORNO RODOVIÁRIO DE LIGAÇÃO
DA CIDADE DE SANTA MARIA: ESTUDO DE CASO
Santa Maria, RS 2017
PROPOSTA PARA NOVO CONTORNO RODOVIÁRIO DE LIGAÇÃO DA CIDADE DE SANTA MARIA: ESTUDO DE CASO
ARTUR CORTÊS DA ROSA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a obtenção do grau de
Engenheiro Civil
ORIENTADOR: PROF DR. MAGNOS BARONI
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de
Curso
PROPOSTA PARA NOVO CONTORNO RODOVIÁRIO DE LIGAÇÃO DA CIDADE DE SANTA MARIA: ESTUDO DE CASO
Elaborado por
Artur Cortês da Rosa
como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
________________________ Magnos Baroni, Dr. (UFSM)
(Orientador)
_______________________ Deividi da Silva Pereira, Dr. (UFSM)
________________________ Tatiana Cureau Cervo, Dr. (UFSM)
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus por completar mais uma etapa da vida com toda a benção possível, que inclui principalmente a presença de minha família.
Aos meus pais que sempre me apoiaram e me ensinaram a ser a pessoa que sou hoje. Sem a criação dada por deles, nada disso seria uma realidade.
Gostaria de dedicar esse trabalho, como forma de agradecimento a todos os amigos, colegas, professores e servidores que de uma forma ou outra fizeram parte de todo meu ciclo de graduação de Engenharia Civil na Universidade Federal de Santa Maria.
Também sou grato ao meu orientador, Dr. Magnos, pela coragem e determinação em acompanhar e ajudar na elaboração de um trabalho que possuía características diferentes, mas que mesmo assim aceitou o desfaio de me orientar.
“Ninguém é tão sábio que não tenha algo para aprender, nem tão tolo que não tenha algo para ensinar. ” Blaise Pascal
RESUMO
PROPOSTA PARA NOVO CONTORNO RODOVIÁRIO DE LIGAÇÃO DA CIDADE DE SANTA MARIA: ESTUDO DE CASO
AUTOR: ARTUR CORTÊS DA ROSA
ORIENTADOR: MAGNOS BARONI
Este trabalho sugere a viabilização de uma rodovia alternativa para o tráfego de veículos pesados na travessia urbana da cidade de Santa Maria/RS. A cidade faz parte de rotas de grande importância econômico-social para o estado, justificando necessidade de melhoramento das condições de tráfego da região. Para realização do trabalho, foi utilizado ferramentas computacionais que possibilitam importante auxílio no processo de projeto. O software AutoCAD Civil 3D permite realizar projetos geométricos eficientes e facilmente realizar alterações de acordo com as normas técnicas. O uso de programas BIM, com possibilidades de visualizações tridimensionais, realiza a inovação necessária para modelagem e otimização de projetos.
ABSTRACT
NEW ROADWAY CONNECTION PROPOSAL AROUND THE CITY OF SANTA MARIA: CASE STUDY
AUTHOR: ARTUR CORTÊS DA ROSA
ADVISOR: MAGNOS BARONI
This work suggests the feasibility of an alternative roadway for the traffic of heavy load vehicles in the urban crossing area of the city of Santa Maria / RS. The city makes part of great social-economic importance routes for the State, justifying the need to improve traffic conditions in the region. For the accomplishment of the work, computational tools were used to allow important assistance in the design process. The AutoCAD Civil 3D software allows to design efficient geometric designs and easily make changes according to technical standards. The use of BIM programs, with three-dimensional visualization possibilities, performs the necessary innovation for modeling and optimization of design projects.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Elementos presentes na determinação das distâncias de visibilidade de
ultrapassagem. ... 15
Figura 2 - Equilíbrio de forças em curva. ... 16
Figura 3 - Curva horizontal circular simples. ... 18
Figura 4 - Ação da força centrífuga em uma curva circular. ... 20
Figura 5 - Curva com transição. ... 21
Figura 6 - Gráfico da Clotóide ... 21
Figura 7 - Emprego da clotóide em projetos rodoviários ... 22
Figura 8 - Transição para superlargura ... 24
Figura 9 - Variação da seção da pista na implantação da superelevação ... 25
Figura 10 - Critérios gerais para o projeto altimétrico. Perfil longitudinal de um greide reto ... 28
Figura 11 - Tipos de curvas côncavas e convexas. ... 29
Figura 12 - Configurações típicas de seções transversais. ... 30
Figura 13 - Elementos de seção transversal de rodovias em pista simples. ... 31
Figura 14 - Pontos obrigados - garganta. ... 36
Figura 15 - Pontos obrigados - obstáculos a contornar. ... 36
Figura 16 - Traçado de espigão. ... 37
Figura 17 - Traçado de vale. ... 37
Figura 18 - Nota de Serviço de Terraplenagem. ... 40
Figura 19 - Diagrama de massas composto da Linha de Buckner e perfil longitudinal. ... 41
Figura 21 - Mapa de Localização dos Postos de Contagens na Travessia Urbana de
Santa Maria – BR-158/287/RS ... 48
Figura 22 - Ficha de contagem volumétrica classificatória. ... 51
Figura 23 – Localização do Posto 1. ... 52
Figura 24 – Localização do Posto 5. ... 53
Figura 25 – Localização do Posto 4. ... 54
Figura 26 – Localização do Posto 2 ... 55
Figura 27 - Tráfego típico nas Segundas-feiras às 8:05 nas BR 158, 287 e 392. ... 58
Figura 28 - Tráfego típico nas Segundas-feiras às 18:05 nas BR 158, 287 e 392. ... 59
Figura 29 - Tráfego típico nas Sextas-feiras às 8:00 nas BR 158, 287 e 392. ... 60
Figura 30 - Tráfego típico nas Sextas-feiras às 18:00 nas BR 158, 287 e 392. ... 60
Figura 31 - Zonas UTM América do Sul. ... 63
Figura 32 - Tela inicial software Global Mapper ... 64
Figura 33 - Menu de configuração do Global Mapper ... 65
Figura 34 - Seleção do tipo de mapa ... 65
Figura 35 - Visualização da área do local do novo traçado ... 66
Figura 36 – Alterando o tipo de mapa ... 67
Figura 37 - Projeção gerada ao selecionar Worldwide Elevation Data ... 68
Figura 38 - Exportando a projeção para arquivo “. dem" ... 69
Figura 39 - Selecionando o formato “.dem” do arquivo a ser gerado ... 69
Figura 40 - Opções da exportação DEM ... 70
Figura 41 - Tela inicial do programa Autocad Civil 3D ... 72
Figura 42 – Criando novo arquivo ... 72
Figura 43 - Selecionando template "acadiso" ... 73
Figura 45 - Estabelecendo o Sistema de coordenas geográficas ... 75
Figura 46 - Criando uma superfície com o arquivo ".dem" ... 76
Figura 47 - Editando o estilo da Superfície... 77
Figura 48 - Editando o Display dos layers ... 78
Figura 49 - Curvas de nível geradas pelo arquivo ".dem" ... 78
Figura 50 - Alterando o intervalo das Curvas de Nível ... 79
Figura 51 - Gerando a imagem de satélite para o background do projeto ... 81
Figura 52 - Resultado da sobreposição exata do levantamento topográfico com o mapa da imagem de satélite ... 81
Figura 53 - Abrindo as propriedades da superfície ... 84
Figura 54 - Criando mapa de declividades ... 85
Figura 55 - Criando mapa de declividades com identificação de máximas e mínimas declividades ... 86
Figura 56 - Mapa de declividades gerado ... 86
Figura 57 - Criando alinhamento horizontal... 89
Figura 58 - Layout da criação do alinhamento ... 90
Figura 59 - Selecionando os critérios de projeto ... 91
Figura 60 - Configuração do tipo de curva e espiral ... 92
Figura 61 - Selecionando o raio das curvas ... 92
Figura 62 - Início do alinhamento horizontal... 93
Figura 63 - Local de início da nova rodovia, juntamente ao Trevo do Castelinho. .... 94
Figura 64 - Previsão do acesso do trecho contorno de Santa Maria. Travessia Urbana de Santa Maria, Mosaico Fotográfico km 0+390 ao km1+500, ... 94
Figura 65 - Seguindo lançamento do traçado... 95
Figura 67 - Interseção da rodovia com ruas locais ... 97
Figura 68 - Gerando traçado sobre vias existentes, reduzindo custo de implantação da nova rodovia ... 98
Figura 69 - Encontro da nova rodovia com a BR-392 ... 98
Figura 70 - Local de interseção da nova rodovia com BR-392. ... 99
Figura 71 - Novo alinhamento concluído ... 100
Figura 72 - Projeto sem as curvas de nível para melhor visualização, e alterando o etilo de mapa de Map Aerial para Map Road ... 101
Figura 73 - Projeto com visualização do mapa Map Road ... 101
Figura 74 - Editando estaqueamento ... 102
Figura 75 - Escolhendo estilo do rótulo ... 102
Figura 76 - Editando texto do estaqueamento... 103
Figura 77 - Alterando o estaqueamento para o modelo do DNIT ... 103
Figura 78 - Cálculo da Superelevação ... 104
Figura 79 - Superelevação calculada e acrescida nas curvas... 105
Figura 80 - Criação do diagrama de superelevação ... 106
Figura 81 - Diagrama de superelevação da curva 1 e 2 ... 106
Figura 82 - Criando superlargura no alinhamento ... 108
Figura 83 – Alinhamento da rodovia com superlargura criada ... 108
Figura 84 - Criando um perfil da superfície ... 109
Figura 85 - Perfil longitudinal do terreno natural ... 110
Figura 86 – Criando perfil projetado ... 111
Figura 87 - Selecionando opção de desenho das curvas verticais ... 111
Figura 88 - Perfil projetado sendo lançado com a geração de curvas verticais ... 112
Figura 90 - Relatório gerado a partir da criação dos perfis longitudinais ... 113
Figura 91 - Criando a pista de rolamento ... 114
Figura 92 - Propriedades do Assembly acostamento ... 115
Figura 93 - Seção tipo genérica ... 116
Figura 94 - Criando corredor ... 117
Figura 95 - Corredor da rodovia ... 117
Figura 96 - Criando superfície do topo do novo corredor ... 118
Figura 97 - Criando superfície do fundo do novo corredor ... 119
Figura 98 - Selecionando a superfície RODOVIA para melhor visualização ... 120
Figura 99 - Visualização em 3D da rodovia ... 121
Figura 100 - Criando a superfície de projeto final ... 122
Figura 101 - Visualização 3D da rodovia finalizada ... 123
Figura 102 - Criando as linhas de seções ... 124
Figura 103 - Configurando as Sample Lines ... 124
Figura 104 - Vista das Seções criadas ... 125
Figura 105 - Seção 0+780m de aterro e seção 1+160m de corte ... 126
Figura 106 - Simulação 3D de visualização de um motorista ... 127
Figura 107 - Criando superfície para cálculo de volumes ... 128
Figura 108 - Tabela dos cálculos de volume ... 129
Figura 109 - Criando a Lista de Materiais de Terraplenagem ... 130
Figura 110 - Criando a tabela de Volume Total ... 131
Figura 111 - Tabela de Volume Total de Terra... 132
Figura 112 - Criação do Diagrama de Bruckner ... 132
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Velocidades diretrizes para novos traçados em função da classe de projeto
e do relevo... 12
Quadro 2- Principais Dimensões básicas dos veículos de projeto. ... 13
Quadro 3- Distância de visibilidade para tomada de decisões. ... 14
Quadro 4- Distância de visibilidade de ultrapassagem. ... 16
Quadro 5 - Valores dos raios acima dos quais podem ser dispensadas curvas de transição. ... 23
Quadro 6 - Valores de Superlargura para Projeto (m). Pista de 2 Faixas - Largura = 7,20m. Veículo de Projeto = CO. ... 24
Quadro 7 - Valores de R acima dos quais a superelevação é dispensável. ... 26
Quadro 8 -Rampas máximas ... 28
Quadro 9- Valores de K para curvas verticais. ... 29
Quadro 10 - Largura indicada para faixas de rolamento por classe de rodovias e relevo. ... 33
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação do relevo. ... 5
Tabela 2 - CLASSES DE PROJETO PARA NOVOS TRAÇADOS DE RODOVIAS EM ÁREAS RURAIS – DNER... 7
Tabela 3 - Características Técnicas Para o Projeto de Rodovias Novas. ... 10
Tabela 4 - Raios mínimos de curvatura horizontal. ... 18
Tabela 5 – Softwares para projetos de Infraestrutura ... 46
Tabela 6 - Localização dos postos de contagem de tráfego ... 49
Tabela 7 - VDM Posto 1 ... 52
Tabela 8 - VDM do Posto 5. ... 53
Tabela 9 - VDM Posto 4. ... 54
Tabela 10 - VDM Posto 2 ... 55
Tabela 11 - Divisão do trecho de análise em segmentos. ... 57
Tabela 12 - Níveis de Serviço para trechos (segmentos) analisados. ... 57
Tabela 13 – Orientações para seleção para Nível de Serviço de projeto ... 58
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO... 1
1.1 OBJETIVO GERAL ... 2
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 2
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 4
2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRADAS ... 4
2.1.1 Classificação referente à natureza do terreno ... 4
2.1.2 Classificação de condições técnicas ... 5
2.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS NO PROJETO DE UMA NOVA RODOVIA . ... 11
2.2.1 Velocidade Diretriz ... 11
2.2.2 Veículos de Projeto ... 12
2.2.3 Distância de Visibilidade ... 14
2.2.4 Raios Mínimos de Curvatura Horizontal ... 16
2.2.5 Curvas horizontais circulares e com transição ... 18
2.2.6 Superlargura ... 23 2.2.7 Superelevação ... 25 2.2.8 Rampa máxima ... 27 2.2.9 Curvas verticais ... 28 2.2.10 Seção transversal... 30 2.3 ESCOLHA DO TRAÇADO ... 34 2.4 PROJETO DE TERRAPLENAGEM ... 38
2.5 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO ATRAVÉS DO MODELO DIGITAL DO TERRENO ... 41
2.6 DESCRIÇÃO DOS SOFTWARES GLOBAL MAPPER E AUTOCAD CIVIL 3D ... 44
2.7 SOFTWARES UTILIZADOS EM PROJETOS DE INFRAESTRUTURA ... 45
3. METODOLOGIA ... 47
3.1 TRÁFEGO DE VEÍCULOS DO TRECHO BR-158/287 E BR 392 ... 47
3.2 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO... 61
3.3 UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE AUTOCAD CIVIL 3D... 71
3.3.1 Iniciando o programa ... 71
3.3.2 Estabelecendo Sistema de Coordenadas Geográficas ... 73
3.3.3 Projeção do levantamento topográfico ... 75
3.3.4. Estabelecendo localização da futura rodovia ... 80
4. RESULTADOS ... 83
4.1 DETERMINAÇÃO DA CLASSE DE PROJETO E CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ... 83
4.3 CRIAÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO ... 104
4.4 CRIAÇÃO DA SUPERLARGURA ... 107
4.5 CRIAÇÃO DO PERFIL NATURAL E PROJETADO ... 109
4.6 CRIAÇÃO DA SEÇÃO TIPO PARA A RODOVIA ... 113
4.7 CRIAÇÃO DE CORREDORES E CONJUNTO DE SEÇÕES ... 116
4.8 PASSEIO VIRTUAL PELA RODOVIA ... 126
4.9 TABELA DE VOLUMES DE TERRA E DIAGRAMA DE BRUCKNER ... 127
5 CONCLUSÕES... 134
5.1 SUGESTÕES DE FUTUROS ESTUDOS ... 135
1. INTRODUÇÃO
A cidade de Santa Maria está localizada no centro do Estado do Rio Grande do Sul e é considerada um dos maiores polos rodoviários do estado. Com a população próxima dos 300.000 habitantes, a cidade é um centro nacional de cultura, com importante Universidade Federal, além de outras instituições de ensino.
O município também é um dos maiores núcleos militares do Brasil, com inúmeras unidades do Exército e a Base Aérea de Santa Maria. Além disso, possui importante centro de comércio e serviços, para onde acorre parte considerável da população gaúcha, principalmente a proveniente das regiões centrais, norte, noroeste e campanha do estado.
Para Santa Maria convergem rodovias importantes, entre as quais é possível citar BR 158, a BR 287, a BR 392 e a RS 509, trechos estes que são responsáveis pelo fluxo de veículos em toda região central do estado.
Ficando atrás somente do estado de Mato Grosso, o estado do Rio grande do Sul é o segundo maior produtor de soja do país. A maior percentual da produção agrícola do RS é exportada, sendo necessário transporte da produção até o Porto de Rio Grande. De acordo com pesquisa realizada em 2015 pela CNT (Confederação Nacional do Transporte) toda logística de transporte dos grãos até o porto de Rio Grande ocorre de distintas maneiras: por meio ferroviário, correspondente a 26%, hidroviário, mais precisamente restrito através da laguna dos Patos, partindo principalmente da região metropolitana de Porto Alegre, que corresponde a 9%, e o mais relevante, o meio rodoviário, que representa 65% dos modais explorados para transporte de grãos.
Portanto, visando retirar o tráfego pesado nos segmentos urbanos, hoje existente da BR 158 e BR 392, provenientes das regiões norte e nordeste do estado com destino ao Porto de Rio Grande, propõe-se a criação de uma NOVA LIGAÇÃO, unindo estas rodovias. Com isto, seria possível a redução do tráfego de veículos pesados na Travessia Urbana de Santa Maria em seu segmento mais crítico. A ligação seria implantada em uma zona menos urbanizada, sendo importante caracterizá-la como de tráfego interurbano livre, para facilitar a passagem do transito pesado pela cidade. A pequena extensão da obra proposta resulta em um empreendimento com grande custo/benefício para a cidade de Santa Maria e para o Estado do Rio Grande do Sul.
Para a implantação dessa nova ligação rodoviária, foram utilizadas ferramentas computacionais com o objetivo de realizar uma parte de um real projeto básico de rodovia. O software em questão utilizado, AutoCAD Civil 3D, possibilita a criação do projeto geométrico bem como o de terraplenagem, seguindo normatizações do DNIT.
1.1 OBJETIVO GERAL
O presente trabalho objetiva a sugestão de viabilização de uma rota alternativa para o tráfego de veículos pesados durante a travessia urbana da cidade de Santa Maria/RS.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
. Estudar as etapas e desafios da execução de um projeto geométrico rodoviário, seguindo as especificações, e verificando sua conformidade em relação às normas técnicas vigentes do DNIT. Possui também o objetivo de utilização de softwares como ferramentas de aperfeiçoamento de projetos, mais especificamente a utilização do software Autocad Civil 3D, com a elaboração de:
• Criação de um Modelo Digital de Terreno e seu levantamento com Curvas de Nível, simulando o terreno natural, a partir do programa Global Mapper.
• Determinação das características técnicas de uma rodovia e adaptação à base de dados do projeto;
• Criação do alinhamento horizontal com geometrias necessárias; • Criação de uma seção transversal específica para Nota de Serviços; • Cálculos automáticos para superelevação e superlargura;
• Elaboração do alinhamento vertical e desenvolvimento do greide;
• Cálculo de Terraplenagem e Tabela de volumes com movimentações de terra, juntamente com Diagrama de Brückner;
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRADAS
2.1.1 Classificação referente à natureza do terreno
Segundo o Highway Capacity Manual – HCM (1994) são adotadas as seguintes definições para a classificação da natureza do terreno:
Terreno plano: qualquer combinação de alinhamentos horizontais e verticais que permita aos veículos pesados manter aproximadamente a mesma velocidade que os carros de passeio. Normalmente inclui rampas curtas de até 2% de greide.
Terreno ondulado: qualquer combinação de alinhamentos horizontais e verticais que provoque redução substancial de velocidades dos veículos pesados, mas sem obrigá-los a manter a velocidade de arrasto por tempo significativo.
Terreno montanhoso: qualquer combinação de alinhamentos horizontais e verticais que obrigue os veículos pesado a operar com velocidade de arrasto por distancias significativas e a intervalos frequentes.
É importante ressaltar que, em geral, as normas de projeto geométrico propostas pelo DNIT (antigo DNER) foram copiadas e adaptadas a partir das normas de projeto praticadas nos Estados Unidos. No presente trabalho serão referenciadas de preferência as normas recomendadas pelo DNIT, que são as praticadas no Brasil. Seguindo a mesma linha de raciocínio a publicação “A Policy on Geometric Design of Highways and Streets – AASHTO (1994)” baseia-se no fator econômico representado pelo custo da construção, o qual é diretamente influenciado pelo relevo da região atravessada pela rodovia, classificado em três categorias:
Região plana: é aquela que permite a implantação de rodovias com grandes distancias de visibilidade, sem dificuldades de construção e sem custos elevados.
Região ondulada: é aquela onde as inclinações naturais do terreno exigem frequentes cortes e aterros de dimensões reduzidas para acomodação dos greides das rodovias, e que eventualmente oferecem alguma restrição à implantação dos alinhamentos horizontal e vertical.
Região montanhosa: é aquela onde são abruptas as variações longitudinais e transversais da elevação do terreno em relação à rodovia, e onde são frequentemente necessários aterros e cortes laterais das encostas para se conseguir implantar alinhamentos horizontais e verticais aceitáveis.
O Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais (DNER, 1999) não é preciso, no que se diz respeito a enquadramento de determinados tipos de terreno e seus valores de declividade. Para melhor identificação dos valores numéricos de declividade, em porcentagem, das diferentes regiões, observa-se na Tabela 1 os dados da EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária).
Tabela 1 - Classificação do relevo.
Fonte: EMPRAPA, 2006
2.1.2 Classificação de condições técnicas
As Normas para o Projeto das Estradas de Rodagem do DNER, 1973 estabelecem 5 classes técnicas para o projeto de rodovias rurais integrantes da rede nacional:
Classe 0 (zero) ou Especial, que corresponde ao melhor padrão técnico, com características técnicas mais exigentes, sendo sua adoção feita por critérios de ordem administrativa; trata-se de projeto de rodovia em pista dupla, com separação física entre as pistas, interseções em níveis distintos e controle total de acessos, com características de Via Expressa;
Classe I (um), que é subdividida nas classes IA e IB; a Classe IA corresponde a projeto de rodovia com pista dupla, admitindo interseções no mesmo nível e com controle parcial de acessos, sendo a definição por esta classe feita com base em estudos de capacidade de rodovias; a Classe IB corresponde a projeto de rodovia em pista simples, sendo indicada para os casos em que a demanda a atender é superior a 200 vph ou superior a 1.400 vpd, mas não suficiente para justificar a adoção de classes de projeto superiores;
Classe II (dois), que corresponde a projeto de rodovia em pista simples, cuja adoção é recomendada quando a demanda a atender é de 700 vpd a 1.400 vpd;
Classe III (três), que corresponde a projeto de rodovia em pista simples, sendo recomendada para o projeto de rodovias com demanda entre 300 vpd e 700 vpd;
Classe IV (quatro), que é a classe de projeto mais pobre, correspondendo a projeto de rodovia em pista simples, sendo subdividida nas classes IVA e IVB; a Classe IVA tem sua adoção recomendada para os casos em que a demanda, na data de abertura da rodovia ao tráfego, situa-se entre 50 vpd e 200 vpd, sendo a Classe IVB reservada aos casos em que essa demanda resulte inferior a 50 vpd.
As classes de projeto, os respectivos critérios de classificação técnica e as velocidades diretrizes recomendadas para o projeto de rodovias novas, para as diferentes condições de relevo da região atravessada, estão resumidos na Tabela 2.
Tabela 2 - CLASSES DE PROJETO PARA NOVOS TRAÇADOS DE RODOVIAS EM ÁREAS RURAIS – DNER
Fonte: LEE, 2000, p.19
Uma vez estabelecida à classe de projeto e definida a velocidade diretriz, em função do relevo da região (ou, mais apropriadamente, do corredor) por onde passa à rodovia, esta velocidade passa a condicionar, direta ou indiretamente, a fixação dos limites a serem observados pelas demais características técnicas com as quais a rodovia será geometricamente projetada.
Dentre essas características técnicas, que serão objeto de consideração mais detalhada à medida que os assuntos específicos venham a ser tratados nesta publicação, destacam-se as seguintes, cujos valores limites são especificamente fixados pelas Normas do DNER, 1973 para as diferentes classes de projeto:
• Distância de Visibilidade de Parada: a distância que um veículo percorre, desde a percepção de um obstáculo, pelo motorista, até a parada total do veículo;
• Distância de Visibilidade de Ultrapassagem: a distância livre necessária entre um veículo, que deseja ultrapassar outro mais lento à sua frente, e um veículo que
esteja se deslocando em sentido contrário (em rodovia de pista simples), para que a manobra possa ser completada com segurança;
• Raio de Curva Horizontal: o raio de curva circular utilizada no projeto em planta; • Superelevação: a inclinação transversal da pista (geralmente expressa em %), nos trechos em curva horizontal, que serve para contrabalançar o efeito da força centrífuga;
• Rampa (aclive ou declive): a inclinação longitudinal dos trechos retos do greide, no projeto em perfil (geralmente expressa em %);
• Parâmetro K: o parâmetro que caracteriza uma parábola do 2° grau (curva utilizada no projeto em perfil), sendo seu valor dado pelo quociente entre o comprimento da parábola e a variação de rampas nos seus extremos, ou seja: K = L / Äi (em m/%);
• Largura da Faixa de Trânsito: a largura com que devem ser projetadas as faixas de trânsito, que devem comportar os veículos com alguma folga lateral, para permitir pequenos desvios de trajetória;
• Largura do Acostamento: a largura com que devem ser projetados os acostamentos para que estes possam atender às suas finalidades, influindo nas condições oferecidas ao trânsito na rodovia;
• Gabarito Vertical: a altura livre, acima da superfície da pista de rolamento, que deve ser observada ao longo de toda a extensão do trecho projetado, para assegurar a passagem dos veículos nela autorizados a transitar;
• Afastamento Lateral do Bordo: a distância livre existente entre o bordo da faixa de trânsito ou da porção transitável do acostamento e um obstáculo físico;
Largura do Canteiro Central: a largura do espaço (ou do dispositivo de separação física) das pistas, no caso de pista dupla, medido entre os bordos
das faixas internas, incluindo, por definição, as larguras dos acostamentos internos.
Portanto, de acordo com Lee, 2000 os valores limites e recomendados para as características técnicas, no projeto de uma rodovia nova, considerando as classes de projeto e respectivas velocidades diretrizes, de acordo com as Normas e Instruções vigentes no DNER, foram atualizadas pelo Manual de projeto geométrico de rodovias rurais do DNER e estão discriminados na Tabela 3.
Tabela 3 - Características Técnicas Para o Projeto de Rodovias Novas.
2.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS NO PROJETO DE UMA NOVA
RODOVIA
2.2.1 Velocidade Diretriz
A velocidade diretriz é, por definição, a maior velocidade com que um trecho de rodovia pode ser percorrido, com segurança, considerando apenas as limitações impostas pelas características geométricas da rodovia; a velocidade diretriz é a velocidade selecionada para fins de projeto. (Lee,2000)
Para atender aos objetivos de condicionar as principais características de uma rodovia, tais como: curvatura, superelevação, distância de visibilidade, conforto e segurança, a velocidade diretriz não deve ser inferior às velocidades de operação. Estas efetivamente deverão predominar, e deverão ser representativas da maioria do tráfego futuro, conforme seja possível estimar previamente a partir de características técnicas preliminares adotadas e relevo. Assim, deve ser evitada dentro do possível a redução da velocidade diretriz em curtos trechos intermediários devido, por exemplo, a um relevo mais acidentado. Igualmente, nos trechos intermediários percebidos pelos motoristas como mais favoráveis a ultrapassagens, onde haverá uma natural e inevitável tendência destes em aumentar a velocidade. Nesses casos, os valores de projeto adotados deverão se situar acima dos mínimos, correspondendo a velocidade mais elevadas, como mostra o Quadro 1. (Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.)
Quadro 1 - Velocidades diretrizes para novos traçados em função da classe de projeto e do relevo.
Fonte: Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.
2.2.2 Veículos de Projeto
A escolha do veículo de projeto deve levar em consideração a composição do tráfego que utiliza ou utilizará a via, obtida de contagens de tráfego ou de projeções que considere o futuro desenvolvimento da área a cada trecho do projeto viário. Existem quatro grupos básicos de veículos a serem adotados. O Quadro 2 resume as principais dimensões básicas dos veículos de projeto recomendados para utilização nos projetos de rodovias.
Quadro 2- Principais Dimensões básicas dos veículos de projeto.
Fonte: Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999. Onde:
VP - Representa os veículos leves, física e operacionalmente assimiláveis ao automóvel, incluindo minivans, vans, utilitários, pick-ups e similares.
CO - Representa os veículos comerciais rígidos, não articulados. Abrangem os caminhões e ônibus convencionais, normalmente de dois eixos e quatro a seis rodas. O - Representa os veículos comerciais rígidos de maiores dimensões. Entre estes incluem-se os ônibus urbanos longos, ônibus de longo percurso e de turismo, bem como caminhões longos, frequentemente com três eixos (trucão), de maiores dimensões que o veículo CO básico. Seu comprimento aproxima-se do limite máximo legal admissível para veículos rígidos.
SR - Representa os veículos comerciais articulados, compostos de uma unidade tratora simples (cavalo mecânico) e um semi-reboque. Seu comprimento aproxima-se do limite máximo legal para veículos dessa categoria.
No Brasil há uma considerável participação de veículos comerciais (ônibus e/ou caminhões convencionais) de modo que estes tendem a condicionar as características de projeto da via. Portanto, basicamente, o veículo de projeto normal deverá ser o CO.
2.2.3 Distância de Visibilidade
A distância de visibilidade é a extensão da estrada que pode ser vista à frente pelo motorista. A segurança de uma estrada está diretamente relacionada com a visibilidade que ela oferece. O projetista sempre deverá procurar soluções que gerem espaços com boa visibilidade. Cuidados especiais devem ser tomados nos acessos à estrada, de forma que todos os veículos que vão entrar nas correntes de tráfego possam ser vistos a uma distância suficientemente segura. Quanto maior forem as condições gerais de visibilidade, mais segura será a estrada. Alguns valores mínimos devem ser respeitados, entre os quais se destacam: distância de visibilidade de frenagem (Df) e distância de visibilidade de ultrapassagem (Du). (Pimenta, 2004)
• Distância de Visibilidade de Frenagem
É a distância de visibilidade mínima necessária para que um motorista que dirige um veículo na velocidade de projeto, reaja e possa parar com segurança, antes de colidir com o obstáculo, ver Quadro 3.
Quadro 3- Distância de visibilidade para tomada de decisões.
Fonte: Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.
Essas distâncias não são obrigatórias em projetos, mas é recomendado atende-las quando possível. Em locais potencialmente perigosos e propicio a acidentes, poderão contribuir para reduzir o número dos mesmos.
Nas estradas de pista única, com dois sentidos de tráfegos, é necessário que existam trechos com visibilidade suficiente para que os veículos mais rápidos possam ultrapassar os mais lentos. A medida que as restrições geométricas ou volume de trafego aumentam, as oportunidades de ultrapassagem decrescem, causando a formação de pelotões de veículos na corrente de trafego. Para que a ultrapassagem possa ser feita com segurança, o motorista precisa ver, na faixa de sentido oposto, um vazio na corrente de trafego suficiente para o início e conclusão da manobra. (Pimenta et. al., 2004). Considerando como exemplo hipotético na Figura 1, a AASHTO determinou valores de distâncias de visibilidade de ultrapassagens para velocidade de 30km/h a 120km/h, Quadro 4.
Figura 1 - Elementos presentes na determinação das distâncias de visibilidade de ultrapassagem.
Quadro 4- Distância de visibilidade de ultrapassagem.
Fonte: Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.
2.2.4 Raios Mínimos de Curvatura Horizontal
Os Raios Mínimos de curvatura são os menores raios que podem ser
percorridos por um veículo com a velocidade diretriz e à taxa máxima de superelevação, em condições aceitáveis de segurança e de conforto de viagem. A força centrífuga que age na curva – já fixada à velocidade – passa a ser função desse raio. Esta força age nas curvas e tende a deslocar o veículo para o lado externo dessa curva, gerando desconforto ao motorista. Para se equilibrar essa força e manter o veículo circulando em uma curva, com as mesmas condições de tangente, é necessário contar-se com o atrito transversal entre o pneu, em função da inclinação da pista. A condição de equilíbrio também considera a força peso, na direção e em sentido contrário à força centrífuga, como mostra a Figura 2.Figura 2 - Equilíbrio de forças em curva.
Fonte: Manual de Projeto Geométrico, DNER, 1999.
Logo, as condições de equilíbrio, conforme a Figura 2, são dadas pela equação (1):
𝑅
min= 𝑉² 127 (𝑒𝑚á𝑥+ 𝑓𝑚á𝑥)(1) Onde: R=raio da curva (m) V = velocidade diretriz (km/h)
emax = máxima taxa de superelevação adotada (m/m)
fmax = máximo coeficiente de atrito transversal admissível entre o pneu e pavimento (admissional)
Na Tabela 4, encontram-se resumidos os valores mínimos para o projeto geométrico de rodovias rurais, em função de diferentes taxas máximas de superelevação e coeficientes de atrito.
Tabela 4 - Raios mínimos de curvatura horizontal.
Fonte: SENÇO, 2008.
2.2.5 Curvas horizontais circulares e com transição
Como supracitado, em geral a topografia da região, as características geológicas e geotécnicas dos terrenos atravessados, problemas de desapropriação e pontos obrigados de passagem, impõem o uso de inúmeras curvas. A princípio considera-se as curvas horizontais como sendo formada por arcos de circunferência que se ligam diretamente às tangentes. Essas curvas são denominadas curvas horizontais circulares. O raio adotado para cada circular dever ser aquele que melhor adapte o traçado do terreno, respeitando os valores mínimos (Tabela 4), que garantem segurança dos veículos que percorrem a estrada na velocidade de projeto. (Pimenta, 2004)
A Figura 3 mostra a concordância das curvas horizontais circulares com as tangentes do traçado e a nomenclatura adotada.
Figura 3 - Curva horizontal circular simples.
Fonte: MACEDO, 2004 Onde:
PC = ponto de curva ou ponto de curvatura;
PT = ponto de tangente ou ponto de tangência;
PI = ponto de interseção das tangentes;
D = desenvolvimento da curva;
Δ = ângulo de deflexão; AC = ângulo central da curva; R = raio da curva circular; T = tangente externa;
O = Centro da curva; E = afastamento;
G = grau da curva; c = corda;
d = deflexão sobre a tangente.
Um veículo ao percorre uma curva horizontal desenvolve uma trajetória de transição diferente da trajetória dada pela curva circular, fazendo com que o veículo tenha a tendência de ocupar a faixa contrária
(contramão). Isto se deve ao aumento brusco da força centrífuga que é mínima na tangente e máxima no início da curva circular. Por isso deve-se intercalar uma curva de transição, ou deve-seja, uma curva de raio variável, entre a tangente e a curva circular simples. (SOARES, 2001)
Lembrando que a força centrípeta é aquela que tende a “puxar” o veículo para dentro da curva (eixo da curva), e a força centrífuga é aquela que tende “jogar” o veículo para fora da curva. A Figura 4 demonstra essas ações.
Figura 4 - Ação da força centrífuga em uma curva circular.
Fonte: SOARES, 2001
A passagem do veículo da tangente à circular faz-se geralmente, através da espiral, desaparecendo o choque que resultaria de uma passagem de raio infinito para raio finito no mesmo ponto. A transição também proporciona uma trajetória fácil de ser seguida pelos motoristas, de maneira que a força centrífuga aumenta e diminui gradualmente, à medida que o veículo entra ou sai da curva circular. Com isso, possibilita o giro da superfície do pavimento (superelevação) e um trecho apara a transição da largura normal para a superlargura nas curvas, assuntos estes que serão tratados nos próximos subcapítulos. De forma geral, curvas com transição (Figura 5)
geram um aspecto mais agradável ao traçado quando observado e percorrido pelo motorista.
Figura 5 - Curva com transição.
Fonte: PIMENTA et. al., 2004.
Qualquer curva cujo raio varie de infinito até o valor do raio circular, pode ser usada como curva de transição. Porém algumas curvas, por suas características geométricas, são melhores do ponto de vista técnico. Uma delas é a clotóide (Figura 6) ou espiral, que representa a maior conveniência técnica e é habitualmente utilizada em projetos geométricos de curvas com transição, como os da Figura 7.
Figura 6 - Gráfico da Clotóide
Fonte: MACEDO, 2004
Figura 7 - Emprego da clotóide em projetos rodoviários
Fonte: ORDEN, 2014
Para fins de projetos rodoviários, em geral, recomenda-se o critério associado à aceleração centrífuga. Por esse critério dispensa-se o uso de curva de transição quando a aceleração centrífuga, a que o veículo é submetido na curva circular, for igual ou inferior a 0,4 m/s², ou seja quando R≥0,193V², conforme valores do Quadro 5.
Quadro 5 - Valores dos raios acima dos quais podem ser dispensadas curvas de transição.
Fonte: Manual de Projeto Geométrico, DNER, 1999.
2.2.6 Superlargura
Quando se está em uma curva, como o veículo é rígido e não pode acompanhar a curvatura da estrada, é necessário aumentar a largura da pista para que permaneça a distância mínima entre veículos que existia no trecho em tangente. Além disso, o motorista tem maior dificuldade de avaliar distâncias transversais em curva, o que exige algum aumento das distâncias de segurança consideradas em tangente. A esse acréscimo de largura em uma curva de uma rodovia para manter as condições de conforto e segurança dos trechos em tangente, dá-se o nome de superlargura. (Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999).
Nos trechos em curva, deve entrar em consideração o acréscimo da superlargura, principalmente para vias com número significativo de veículos comerciais na corrente de tráfego. A correção de largura tem o mesmo objetivo, o de dar aos trechos em curva, em termos de segurança, as mesmas condições que os trechos em tangente. (Senço, 2008)
O Manual de Projeto Geométrico do DNER disponibiliza valores tabelados para superlarguras. Os quadros foram feitos para largura de pista 6,60 e 7,20 (caso do Quadro 6) e considerando Veículo de Projeto CO, as quais são situações mais usuais, . Os valores foram calculados para as velocidades diretrizes entre 30 km/h a 100 km/h e para todos os raios múltiplos de 5m. As larguras são consideradas representativas, das pistas com larguras 6,60/6,80m e 7,00/7,20m.
Quadro 6 - Valores de Superlargura para Projeto (m). Pista de 2 Faixas - Largura = 7,20m. Veículo de Projeto = CO.
Fonte: Manual de Projeto Geométrico, DNER, 1999.
Na Figura 8 pode-se verificar a aplicação da superlargura na transição de uma curva horizontal. O valor de Δ é tabelado em função da velocidade diretriz e do raio de curvatura, mostrado no Quadro 6.
Figura 8 - Transição para superlargura
O acréscimo de largura, até atingir Δ no Ts é ao longo da curva de transição e segundo a equação (2):
𝑆 = Δ.L
𝐿𝑐 (2)
Em que:
S - superlargura numa seção qualquer da transição,
L - Distância dessa seção ao TS ou ST, medida ao longo do eixo. Lc - comprimento da curva de transição.
2.2.7 Superelevação
As rodovias apresentam nas curvas, seções inclinadas em relação ao plano horizontal com o propósito de contrabalançar o efeito da aceleração centrífuga. Dá-se o nome de superelevação em um ponto da curva ao valor da tangente do ângulo formado pela reta de maior declive da seção com o plano horizontal. Usualmente a superelevação é expressa em percentagem.
Nos trechos em tangente a seção transversal da pista de rolamento de uma rodovia de pista simples apresenta uma forma “abaulada”, em que as duas faixas de trânsito são inclinadas em torno do eixo para os bordos, que se situam em cotas inferiores para escoamento das águas para fora da rodovia. Nos trechos em curva (Figura 9) a seção transversal da pista se apresenta normalmente com declive constante, inclinada para o bordo interno da curva no valor da superelevação. (Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.)
Figura 9 - Variação da seção da pista na implantação da superelevação
Fonte: Soethe Cursino – Treinamentos e Soluções
Para cada Velocidade Diretriz considerada existe um valor de raio para o qual a aceleração centrífuga é tão pequena que pode ser desprezada, tratando-se o trecho como se fosse em tangente. Para fins práticos é apresentado no Quadro 7. (Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.)
Quadro 7 - Valores de R acima dos quais a superelevação é dispensável.
2.2.8 Rampa máxima
No lançamento do greide (perfil longitudinal de uma estrada de rodagem, que dá as alturas dos diversos pontos do seu eixo, Figura 10) leva-se em conta as condições estabelecidas pela Normas Técnicas para a Classe de Projeto da estrada (normas estas que estão sendo apresentadas neste trabalho), especialmente no que diz respeito às rampas máximas e mínimas e distância de visibilidade. O projeto em perfil (projeto dos greides) deve evitar frequentes alterações de menor vulto nos valores das rampas. Estas deverão ser tão contínuas quanto possível. Ao contrário do sistema tradicional tangente longa- curva curta, o projeto para perfil deve seguir o sistema curva longa-tangente curta.
Entretanto em trechos longos em rampa, é conveniente dispor as rampas mais íngremes na parte inferior e as rampas mais suaves no topo, para tirar proveito do impulso acumulado no segmento descendente anterior a subida. Também se é conveniente intercalar, no caso de rampas íngremes, trechos com rampas mais suaves, em vez de dispor uma única rampa contínua de valor apenas um pouco inferior à maior rampa então adotada
Greides excessivamente colados, geralmente associados a traçados sensivelmente retos, são indesejáveis por motivos estéticos e por proporcionarem situações perigosas em terrenos levemente ondulados, ocultando veículos nos pontos baixos, dando a falsa impressão de oportunidade de ultrapassagem. (Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999, p. 122)
O fator econômico atrelado aos desempenhos operacionais dos veículos (consumo de combustível e desgaste) regulam a limitação do emprego das rampas máximas. A questão econômica se diz em função do aumento do custo de construção em regiões topograficamente desfavoráveis, e a de desempenho dos veículos tem influência sobre a capacidade das rodovias e o tempo de viagem, por exemplo uma rampa muito íngreme pode representar em termos de capacidade o equivalente a dezenas de veículos. Por isso o Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais recomenda valores máximos para as rampas das diferentes classes de rodovias, através do Quadro 8.
Quadro 8 -Rampas máximas
. Fonte: Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.
Figura 10 - Critérios gerais para o projeto altimétrico. Perfil longitudinal de um greide reto
Fonte: PEIXOTO, 2010
2.2.9 Curvas verticais
As curvas verticais têm a função de concordar as tangentes verticais dos greides. Essas curvas concordam os pontos de inflexão do greide por uma parábola do 2º grau, que é o tipo de curva mais usado em projetos de alinhamentos verticais, e são definidas por um parâmetro de curvatura K. “O valor de K representa o comprimento da curva no plano horizontal, em metros, para cada 1% de variação na declividade longitudinal. ” (Manual Projeto Geométrico de Rodovias Rurais / DNER, 1999.) O Manual traz o Quadro 9 de valores de K mínimos e desejáveis, já calculados,
para os ambos tipos de curvas verticais: côncavas e convexas, demonstrados na Figura 11.
Figura 11 - Tipos de curvas côncavas e convexas.
Fonte: PEIXOTO, 2010.
Quadro 9- Valores de K para curvas verticais.
Com o valor do parâmetro de curvatura, pode-se determinar o comprimento mínimo da projeção horizontal da parábola de concordância, através da equação (3):
𝐿𝑚í𝑛= 𝐾𝑚í𝑛. |𝐴| (3) Onde:
Lmín = comprimento mínimo da curvatura (m);
Kmín = parâmetro de curvatura para os valores máximos de aceleração centrífuga admissível (m/%);
A = diferença algébrica entre as declividades do greide nas extremidades das concordâncias (%). Na Figura 11 está representada pela letra “i”.
2.2.10 Seção transversal
Ao longo dos traçados das rodovias, podem ser distinguidos 3 tipos clássicos de configuração para as denominadas seções transversais, que estão ilustradas esquematicamente na Figura 12:
Figura 12 - Configurações típicas de seções transversais.
Seção transversal de corte: situação de estabelecer a estrada abaixo de terreno natural.
Seção transversal de aterro: quando se tende a elevar a estrada em relação ao terreno natural, resultando situação contraria da de corte.
Seção transversal mista: situação em que, na mesma seção, a rodovia resulta de um lado, abaixo do terreno natural, e do outro, acima do terreno natural.
Na Figura 13 está representada a configuração típica de uma seção transversal mista de uma rodovia em pista simples, onde de um lado estão assinalados os elementos característicos de uma seção de corte, e do outro lado, os elementos característicos de uma seção de aterro.
Figura 13 - Elementos de seção transversal de rodovias em pista simples.
Fonte: Lee, 2000, p.15
• eixo da rodovia: é a linha que representa geometricamente a rodovia, projetada no plano horizontal; em uma seção transversal, o eixo se resume a um ponto, tal como indicado nas figuras;
• faixa de rolamento (ou faixa de trânsito): é o espaço dimensionado e destinado à passagem de um veículo por vez; na figura 2.6 está representado o caso mais
simples, de rodovia com 2 faixas de trânsito, uma para cada sentido de percurso, e na figura 2.7 representa-se o caso de rodovia com pista dupla, com 2 faixas de trânsito por sentido;
• pista de rolamento: é o espaço correspondente ao conjunto das faixas contíguas; na figura 2.6 representa-se o caso de pista simples
• acostamento: é o espaço adjacente à faixa de trânsito que é destinado à parada emergencial de veículos, não sendo em geral dimensionado para suportar o trânsito de veículos; nas seções em aterro, os acostamentos externos poderão incluir uma largura adicional (não utilizável pelos veículos) destinada à instalação de dispositivos de sinalização (placas) ou de segurança (guard-rails);
• sarjeta: dispositivo de drenagem superficial, nas seções de corte, que tem por objetivo coletar as águas de superfície, conduzindo-as longitudinalmente para fora do corte;
• abaulamento: é a inclinação transversal das faixas de trânsito (ou da pista), introduzida com o objetivo de forçar o escoamento das águas de superfície para fora da pista; no caso de pista dupla, não se trata de abaulamento propriamente dito, mas de inclinações transversais das pistas (que podem ser independentes);
(Lee, 2000)
Segundo o Normas para o Projeto das Estradas de Rodagem do DNER, 1973 tem-se as seguintes especificações para inclinações máximas em relação ao plano horizontal permitidas nos taludes em rodovias:
a) Cortes nos terrenos com possibilidade de escorregamento ou desmoronamento - 1:1
b) Cortes nos terrenos sem possibilidade de escorregamento - 1,5:1 c) Cortes nos terrenos de rocha viva - vertical
Quando necessário, serão projetadas, nos cortes, banquetas de visibilidade, com altura máxima de 0,80 m.
a) Aterros com menos de 3 m de altura máxima - 1:4 b) Aterros com mais de 3 m de altura máxima - 1:2
Nos aterros, evitar-se-á o uso de banquetas de terra, recorrendo-se a outros tipos de proteção que permitam fácil escoamento das águas superficiais.
A largura da faixa de rolamento é obtida adicionando à largura do veículo de projeto adotado a largura de uma faixa de segurança, função da velocidade diretriz e do nível de conforto de viagem que se deseja proporcionar, função por sua vez, da categoria da via. Os valores básicos recomendados para a largura de uma faixa de rolamento pavimentada em tangente se apresentam no Quadro 10.
Quadro 10 - Largura indicada para faixas de rolamento por classe de rodovias e relevo.
Fonte: Manual de Projeto Geométrico, DNER, 1999.
A largura do acostamento seria ideal para abrigar o veículo projetado e uma pessoa trabalhando ao lado do mesmo, mais uma distância de segurança da pista. Porém, só se leva em conta este tipo de dimensionamento em rodovias de alto tráfego.
Outro empecilho é a análise econômica de custos adicionais que um acostamento de grande largura irá adicionar.
Pela questão da segurança preza-se por acostamentos largos, mas se exagerados podem ser confundidos pelo motorista com a faixa de rolamento, o que estimula o uso, gerando condições perigosas e filas adicionais. Portanto os valores considerados ideais para as devidas classes de projeto, dos acostamentos encontram-se no Quadro 11.
Quadro 11 - Larguras dos acostamentos externos (em metros).
Fonte: Manual de Projeto Geométrico, DNER, 1999
2.3 ESCOLHA DO TRAÇADO
Na eleição do local por onde passará à estrada todos os fatores que possam influir no custo da estrada deverão ser analisados e balanceados, para permitir a escolha de um local onde se possa construir uma boa estrada com um custo mínimo. No presente trabalho, algum desses fatores serão analisados, por se tratar de um anteprojeto.
A topografia da região é o fator predominante, pois as escolhas de traçados sobre regiões topograficamente desfavoráveis acarretam grandes movimentos de terra e consequentemente altos custos para a execução da infraestrutura da via.
Condições geológicas e geotécnicas dos locais por onde a estrada vai passar também são importantes, pois obras adicionais necessárias a estabilização de cortes e aterros executados em terrenos desfavoráveis podem, em alguns casos, representar custos adicionais significativos.
A existência de benefícios no local escolhido aumenta os custos de desapropriação da faixa de domínio para a construção da estrada, assim, sempre que possível, deverão ser escolhidos traçados que atravessam terrenos de baixo valor, e/ou que desviem de lotes já ocupados.
Trechos excessivamente longos em tangente são indesejáveis, uma vez que causa monotonia para o motorista, podendo gerar sonolência e desatenção do mesmo. O traçado deverá conter sequências de poucas curvas de longos raios, sendo mais conveniente suavizar o traçado a topografia do terreno e para reduzir os rasgos causados pela terraplenagem na paisagem.
Do ponto de vista prático, uma estrada é feita para ligar dois pontos conhecidos. Ao ligarmos esses pontos analisa-se os problemas que apareceriam se o nosso traçado fosse uma reta que que fizesse essa ligação. Cortes e aterros de volume excessivos, travessias de rios, desapropriações em demasia e caras, ocorrência de material rochoso (material de 3ª categoria) com alo custo de escavação, etc. A identificação destes problemas nos leva a escolher pontos por onde a estrada deverá passar, fora da reta diretriz criada, acomodando melhor o traçado seguindo as condições mencionadas nos parágrafos anteriores. Esses pontos são chamados de “pontos obrigatórios” ou “pontos obrigados”.
Como exemplos de pontos obrigados podemos citar: áreas que contornam elevações íngremes, áreas a montante de grotas acentuadas, seções mais estreitas de rios, travessias adequadas de ferrovias, eventual aproveitamento de obras
existentes, etc. e, de forma geral, toda solução que acarreta melhoria das condições técnicas ou redução de custo, ver Figuras 14 a 17. (Pimenta et. al., 2004).
Figura 14 - Pontos obrigados - garganta.
Fonte: PIMENTA et. al, 2004
Figura 15 - Pontos obrigados - obstáculos a contornar.
Figura 16 - Traçado de espigão.
Fonte: PIMENTA et. al, 2004
Figura 17 - Traçado de vale.
Fonte: PIMENTA et. al, 2004
Por fim, segundo PIMENTA,2004, a implantação de um anteprojeto rodoviário apresenta a seguinte sequência:
• Exame do terreno ao longo da diretriz; • Identificação dos pontos obrigados;
• Definição das coordenadas dos PIs;
• Cálculo dos comprimentos das tangentes e das deflexões (AC);
• Escolha dos raios mais convenientes para as curvas circulares, de forma a acomodas a estrada â topografia, evitando os obstáculos conhecidos;
• Cálculo das coordenadas dos pontos notáveis das curvas: ponto de início da curva (PC) e ponto final da curva (PT);
• Cálculo do estaqueamento do traçado (pontos distanciados em 20 m ou 50 m entre si);
• Levantamento do perfil do terreno sobre o traçado escolhido; • Escolha dos pontos de interseção das rampas (PIV) em perfil; • Determinação de cotas e estacas dos PIVs escolhidos;
• Cálculo das rampas resultantes: inclinação e extensão;
• Escolha das curvas verticais: cálculo de cotas e estacas dos pontos de início (PCV) e fim das curvas (PTV).
2.4 PROJETO DE TERRAPLENAGEM
O terreno no seu e estado natural não é propício para tráfego de veículos, por isso para criar condições necessárias para um bom funcionamento da estrada, esta superfície deve ser substituída por uma projetada. Motivos como:
• Superfície irregular que não permite a velocidade compatível com a de projeto. • As curvaturas não permitem visibilidade suficiente.
• Sem condições ideais de drenagem.
• Não possui resistência suficiente a cargas de projeto dos veículos.
• Inclinações muito fortes, que impossibilitam o bom desempenho e deslocamento dos veículos.
As atividades de terraplenagem contam com a limpeza do terreno, escavações de solo ou materiais rochosos, transporte e descarga deste material no seu novo local de destino, e por fim compactação das camadas. Destas atividades as que mais oneram o custo de terraplenagem são a escavação, medida em m³, o transporte, medido em m³.km e a compactação, medida em m³ de aterro pronto. Em caso de terrenos ondulados e montanhosos o custo de terraplenagem é muito significativo, por isso deve-se procurar sempre que possível, aproveitar o material escavado em uma seção com aterro em outra seção mais próxima possível.
O cálculo dos volumes pode ser obtido somando-se todos os volumes de corte e aterro entre as seções, gerando uma tabela de volumes que serve como Nota de Serviço de Terraplenagem, Figura 18. Assim, tem-se a exata noção da quantidade para distribuição do material escavado. Como mencionado anteriormente, o aproveitamento dos cortes para realização de aterros é a maneira mais econômica da realização da terraplenagem, e dá-se o nome de compensação de volumes. Existem casos em que não se há possibilidade de fazer uma compensação, quando por exemplo, o material escavado é de baixa qualidade, ou não se possui a quantidade disponível. Nestes casos faz-se o uso de empréstimos de materiais que atendem as especificações, e de preferência de jazidas próximas a obra. Com este material de baixa qualidade, ou material excedente, faz-se o bota fora, onde este material é descartado em locais específicos a recebê-los.
Figura 18 - Nota de Serviço de Terraplenagem.
Fonte: PIMENTA et. al., 2004
Uma das maneiras de representar os serviços de terraplenagem é através do diagrama de massas, sendo o Diagrama de Bruckner (Figura 19) o mais utilizado em projetos. No diagrama de massas pode-se observar todos os volumes de corte e aterro, o que facilita a análise dos movimentos de terra no projeto.
Figura 19 - Diagrama de massas composto da Linha de Buckner e perfil longitudinal.
Fonte: ROSA, 2011
2.5 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO ATRAVÉS DO MODELO
DIGITAL DO TERRENO
O projeto geométrico de uma via, seja o básico ou o executivo, pode ser considerado como um problema de modelagem geométrica, obedecendo a algumas regras específicas. Sobre o plano determinado pelos eixos x e y, o engenheiro projetista lança uma poligonal de ensaio, que é o primeiro esboço do traçado em planta, a diretriz da via. Para tanto, convém reiterar, deve evitar a necessidade de rampas íngremes, passar por pontos previamente considerados obrigatórios e, se possível, minimizar os volumes de terra a serem movimentados.
Esse projeto horizontal é completado pelo projeto em perfil, obtendo-se a interseção da superfície do terreno com a superfície vertical determinada pela linha poligonal ajustada com as curvas de concordância, ver figura Figura 20. O perfil
gerado ao longo da diretriz permite o lançamento do greide que é o perfil dessa diretriz. Para ser lançado, esse greide deve obedecer a algumas normas, entre as quais destaca-se a rampa máxima. (Senço, 2008)
Os passos seguintes são o lançamento da plataforma, o cálculo das cotas vermelhas, das seções transversais e dos volumes a serem movimentados. A integração dessas fases do projeto pode ser obtida com as vistas;
• de topo: contém o Modelo Digital do Terreno (MDT) com suas curvas de nível, sobre
o qual deve ser lançada a diretriz em planta;
• de perfil: é o perfil do terreno ao longo da diretriz lançada, acrescido do perfil da via; • transversal: é um corte transversal da via, evidenciando as dimensões adotadas e
as áreas resultantes;
• perfil de volumes, geralmente representado pelo diagrama de Bruckner.
O Modelo Digital do Terreno (MDT) - Digital Terrain Model (DTM) - é uma representação matemática computacional da ocorrência de um determinado fenômeno espacial mente distribuído numa região limitada da superfície terrestre. A geração de um Modelo Digital do Terreno exige três etapas:
De posse dos trabalhos topográficos convencionais, passa-se à etapa de edição das informações, a fim de gerar o modelo. O objetivo é desenhar as curvas de nível que irão compor o MDT. Nessa edição, devem ser descartados os dados em excesso, assim como se deve lançar mão de interpelações, quando houver alguma falha.
A geração do MDT é a etapa seguinte. Tem-se uma vasta gama de programas para utilização nessa geração, em computadores próprios.
Figura 20 - Superfície do terreno - Grade regular.
Fonte: SENÇO, 2008.
Assim, chega-se um nível bastante elevado, com o GPS e o Sensoriamento Remoto, em um processo de Geoprocessamento que retorna com muito mais propriedade e precisão, ao uso das cartas geográficas, pois a Terra já é fotografada e analisada, nos mínimos detalhes, por essa rede completa de satélites. Qualquer área do planeta já tem sua fotografia com todos os detalhes que possam interessar no projeto que se pretende, bastando saber onde consultar. Uma fonte, por exemplo, é o Google Maps, dispondo de todos os elementos definidores do terreno, o engenheiro poderá exercer, na sua plenitude, a capacidade criadora que nenhum equipamento, por mais sofisticado que seja, poderá substituir e, muito menos, suplantar. Todos os métodos de reprodução do terreno devem ser apenas ferramentas a disposição dos projetistas. (SENÇO, 2008, p. 270)
2.6 DESCRIÇÃO DOS SOFTWARES GLOBAL MAPPER E AUTOCAD
CIVIL 3D
O software AutoCAD Civil 3D é uma solução de modelagem de informações de construção (BIM – Building Information Modeling) para uso em projetos e documentação de engenharia civil. O Civil 3D foi desenvolvido para engenheiros civis, desenhistas, designers e técnicos que trabalham em projetos de infraestrutura, como transportes, urbanização e de redes de água e esgoto. Tem-se opções de manter a coordenação e explorar variados tipos de projeto, analisar o desempenho da obra e fornecer uma documentação consistente e de maior qualidade - tudo dentro de um familiar ambiente AutoCAD. Das principais funções do programa, destacam-se: • Projeto usando modelos 3D – Realização e repetições de projetos com mais
rapidez, usando um aplicativo inteligente que se baseia em modelos 3D e atualização dinamicamente dos elementos relacionados do projeto quando as alterações são feitas.
• Ferramentas de projeto – Possibilidade de projetar e determinar a disposição
de cruzamentos, rotatórias e corredores, parcelas, tubulações e grades com ferramentas específicas e padrões de projeto personalizáveis.
• Funcionalidade geoespacial - Acessar e utilizar dados geoespaciais,
inclusive manipular e realizar análises para avaliar as condições existentes. • Hidrologia e hidráulica - Realizar análises de águas pluviais e esgotos.
• Otimizar o uso de materiais – Processamento de volumes de terra e
realização de quantificações.
• Visualização - Simulações e visualizações 3D interativas para melhor avaliar
o desempenho do projeto e divulgar a intenção do design. (Autodesk Inc., 2017)
O Global Mapper é um software de geoprocessamento completo e rico em funcionalidades, polivalente e de uso muito fácil e intuitivo. Por esta razão é recomendado para usuários rotineiros na área de geotecnologias, como software de Processamento de Imagens (PDI), e Sistema de Informações Geográficas (SIG) além de ter fama justificada de ser o melhor utilitário de conversão e manuseio de dados.
O software Global Mapper é capaz de exibir os mais populares formatos de raster, vetores e dados de elevação. Ele converte, edita, imprime, registra trilhas GPS e permite que você use toda a funcionalidade SIG de sua base de dados a um baixo custo e fácil manuseio. Ele é capaz de extrair as curvas de nível a partir do Modelo Numerico de Elevação MDE, seja de Superficie (MDS) ou de Terreno (MNT) e a partir de nuvem de pontos. É reconhecidamente a melhor ferramenta para a interpretação das feições poligonais, lineares ou pontuais contidos nos dados de VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados), sua facilidade de uso e a polivalência em termos de formatos de exportação são muito apreciados pelos seus usuários. (EngeSat, 2017)
2.7 SOFTWARES
UTILIZADOS
EM
PROJETOS
DE
INFRAESTRUTURA
Com o passar dos anos, a tecnologia se desenvolve tornando cada vez mais intenso o uso de ferramentas computacionais para agilizar as elaborações de projetos de geometria e terraplenagem, diminuindo significantemente os prazos e permitindo análises mais aprimoradas para diversas soluções.
Existem no mercado dois grandes ambientes gráficos utilizados por softwares específicos para projetos de geometria e terraplenagem: Microstation® e AutoCAD®. (Senço, 2008).
Tabela 5 – Softwares para projetos de Infraestrutura
Software Fornecedor Ambiente Gráfico
AutoCAD Civil 3D Autodesk AutoCAD
InRoads Bentley Microstation / AutoCAD
Geopak Bentley Microstation
InfraWorks 360 Autodesk AutoCAD
3.
METODOLOGIA
Neste capítulo, serão apresentados todos os materiais e métodos empregados para a realização deste trabalho. Será abordado uma breve análise do tráfego da região, com dados do Consórcio Travessia e a criação do Modelo Digital de Terreno, como levantamento topográfico, utilizando o Global Mapper. Por fim, se iniciará o projeto da nova rodovia, estabelecendo as configurações iniciais no AutoCAD Civil 3D.
3.1 TRÁFEGO DE VEÍCULOS DO TRECHO BR-158/287 E BR 392
As contagens de tráfego, ou contagens volumétricas, visam a determinar as quantidades, os sentidos e a composição dos fluxos de veículos que passam por um ou vários pontos da interseção, numa determinada unidade de tempo (Manual de Estudos de Tráfego do DNIT, 2006). Para servir de fonte confiável para a realização do seguinte trabalho, foram utilizados dados da contagem de tráfego realizada na elaboração do projeto da Travessia Urbana do Município de Santa Maria. Tal estudo foi elaborado pelo Consórcio Travessia em parceria com a Superintendência Regional-RS do DNIT, no período entre os dias 18/5/2010 e o dia 28/6/2010. Para o seguinte trabalho apenas alguns dos postos de contagem total servirão de base de contagem, os postos 1,5,4 e 2. Tais pontos englobam o trecho que o presente trabalho pretende diminuir o tráfego, ao criar o novo contorno de ligação, além também de oferecer uma nova rota principalmente para veículos pesados, em épocas de escoamento de grãos ao Porto de Rio Grande.Lembrando que a data em que se foi realizada a contagem, representa uma época entre safra, ou seja, após o grande fluxo de caminhões e veículos de carga de grãos. Trecho esse, portanto, que se refere às BR-158 e 287 (partindo do trevo do
