UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
GIOVANNI MENEGUZZI
CLASSIFICAÇÃO DA RODOVIA ESTADUAL MT-449 QUANTO A SUA
CONSISTÊNCIA GEOMÉTRICA
SINOP
2016/1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
GIOVANNI MENEGUZZI
CLASSIFICAÇÃO DA RODOVIA ESTADUAL MT-449 QUANTO A SUA
CONSISTÊNCIA GEOMÉTRICA
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Dr. Rogério Dias Dalla Riva
SINOP
2016/1
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classes de projeto para traçados de rodovias rurais. ... 14
Tabela 2- Características técnicas para rodovias de classes 0 e I. ... 15
Tabela 3 - Características técnicas para rodovias de classes II e III. ... 16
Tabela 4 - Características técnicas para rodovias de classes IV-A e IV-B. ... 16
Tabela 5 - Cordas admissíveis para as curvas... 26
Tabela 6 - Raios que dispensam superelevação. ... 29
Tabela 7 - Valores de gabarito lateral. ... 30
Tabela 8 - Classificação segundo critério I. ... 32
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Número de mortos em acidentes nas rodovias estaduais no Estado de
Mato Grosso ... 6
Figura 2 - Tráfego anual da Rodovia MT-449... 8
Figura 3 - Seção típica de uma rodovia de pista simples ... 12
Figura 4 - Esquema de superelevação e superlargura em rodovia ... 19
Figura 5 - Critérios para escolha de raios de curvas sucessivas ... 20
Figura 6 - Esquematização Rodovia MT-449 ... 24
Figura 7 - Esquema da concordância com curva circular simples ... 26
Figura 8 - Deflexão da curva circular para uma corda ‘c’ ... 27
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Classificação da Rodovia estadual MT-449 quanto a sua
consistência geométrica.
2. Tema: 30100003 (Engenharia Civil)
3. Delimitação do Tema: 30105048 (Rodovias; Projeto e Construção) 4. Proponente: Giovanni Meneguzzi
5. Orientador: Rogério Dias Dalla Riva
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso 7. Público Alvo: Acadêmicos, docentes, pesquisadores e demais
profissionais e empresas da área.
8. Localização: Avenida dos Ingás, n° 3001, Centro – Sinop – MT, CEP
78.550-000.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... III
1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 8 3 JUSTIFICATIVA... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11
5.1 CLASSIFICAÇÃO DAS RODOVIAS ... 11
5.1.1 Designação dos elementos geométricos ... 11
5.1.2 Classificação funcional das rodovias ... 13
5.1.3 Classificação técnica das rodovias ... 13
5.1.4 Elementos de segurança viária ... 16
5.1.4.1 Velocidade diretriz ... 16
5.1.4.2 Raio mínimo de curvatura horizontal... 17
5.1.4.3 Superlargura e superelevação ... 17
5.2 AVALIAÇÃO DA CONSISTÊNCIA GEOMÉTRICA ... 20
5.2.1 Critério I: critério da diferença entre velocidade operacional de curvas sucessivas ... 21
5.2.2 Critério II: critério da diferença entre velocidade operacional e velocidade de projeto ... 22
6 METODOLOGIA ... 23
6.1 TRECHO DE ESTUDO ... 23
6.2 CLASSIFICAÇÃO TÉCNICA DA RODOVIA ... 24
6.2.1 Volume Médio Diário (VMD) ... 24
6.2.2 Velocidade diretriz ... 25
6.2.3 Identificação dos principais elementos geométricos ... 25
6.2.3.1 Raio de curvatura horizontal ... 25
6.2.3.2 Largura das faixas de trânsito e acostamento e superlargura .... 28
6.2.3.3 Superelevação ... 28
6.2.4 Determinação da superelevação e superlargura para as velocidades diretriz e operacional ... 28
6.2.4.1 Cálculo da superelevação ... 28
6.3 ANÁLISE DA CONSISTÊNCIA GEOMÉTRICA ... 31 6.3.1 Critério I ... 32 6.3.2 Critério II ... 32 7 RECURSOS MATERIAIS ... 33 8 CRONOGRAMA ... 34 9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO ... 35
1 INTRODUÇÃO
Segundo o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT (2010), o sistema rodoviário brasileiro é composto por aproximadamente 180.000 quilômetros de rodovias pavimentadas e 1.800.000 desprovidas de pavimentação. As rodovias rurais pavimentadas apresentam índices de acidentes fatais de duas a três vezes superiores às vias urbanas. Isto se deve à possibilidade de associação de altas velocidades e características técnicas de projeto e de atividades de manutenção inferiores às necessárias para condições desejáveis de segurança.
Conforme a Organização Mundial da Saúde - OMS (2009), acidentes de trânsito matam no mundo mais de um milhão de pessoas por ano. O impacto dos acidentes sobre a saúde pública contribui, de forma significativa, na diminuição da qualidade de vida por atingir, em sua grande quantidade, faixas etárias de jovens e adolescentes (15 a 29 anos), o que reflete na perda de 1% a 3% do PIB de um país com gastos relacionados a tais eventualidades.
A Figura 1 relata a quantidade de mortos em acidentes de trânsito no Estado de Mato Grosso entre os anos de 2003 e 2014, podendo-se observar o aumento dos mesmos em períodos mais recentes.
Figura 1 - Número de mortos em acidentes nas rodovias estaduais no Estado de Mato Grosso Fonte: (Adaptado de VIAS SEGURAS, 2016)
É lícito afirmar que o número de acidentes nas rodovias tem aumentado consideravelmente no decorrer dos anos, salientando-se também que o nível de segurança das rodovias não acompanha o aumento do tráfego que ocorre no país, decorrente de seu desenvolvimento baseado na expansão industrial e agropecuária (NODARI, 2003). 749 928 875 865 909 1.050 1.115 1.113 1.083 1.151 1.162 1.140 700 800 900 1000 1100 1200 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Núm e ro de m ortos Ano
Conforme o Manual de Projeto e Práticas Operacionais para Segurança nas Rodovias do DNIT (2010), as principais causas dos acidentes dividem-se em três grupos:
Condutor – uso de álcool, excesso de velocidade e manobras de risco;
Via – características geométricas, adjacência e efeitos resultantes das condições climáticas (chuva, neblina, luminosidade) e;
Veículo – desempenho dos freios e condições dos pneus, por exemplo.
Embora o referido Manual esclareça que 85% dos acidentes sejam causados por imprudência do condutor, é válido impor parte destes à dificuldade do condutor em lidar com o ambiente viário, o que pode potencializar o acontecimento de um desastre e apresentar ampla importância nas suas consequências.
Segundo Leal (2013), por muito tempo houve-se a preocupação em concentrar os esforços e as pesquisas no fator humano como sendo praticamente o único responsável pela ocorrência de acidentes, buscando-se propiciar investimentos nos recursos que subsidiassem a melhoria do comportamento humano como usuário das rodovias. No entanto, o crescente impacto econômico e social destes eventos reflete que a segurança das rodovias é de tamanha complexidade do que simplesmente nomear a exclusividade da imprudência humana na fomentação dos mesmos.
Ainda para o mesmo autor, as condições de segurança devido às características geométricas podem interferir em diversos fatores, conduzindo o motorista a errar, seja na capacidade do usuário em manter o controle do veículo, bem como no comportamento e atenção dos mesmos como, por exemplo, sair da pista em consequência de um veículo desgovernado. Além disso, um projeto rodoviário impacta em tal sentido através das velocidades que ele permite que o usuário desenvolva, assim como nos expressivos volumes de tráfego que podem gerar conflitos em uma rodovia se esta encontrar-se inserida em uma classificação técnica indevida.
Para Garcia (2002), os usuários das rodovias operam sobre velocidades oferecidas pelas condições que encontram nas mesmas, sendo desprezados controles externos existentes ou pelo velocímetro. A severidade dos acidentes cresce com altas velocidades, no entanto, a frequência dos mesmos é reduzida quando os limites impostos são considerados apropriados ao projeto.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Segundo DNIT (2010), muitas das rodovias rurais de pista simples por onde circulam expressivos volumes de tráfego foram projetadas e construídas há mais de 30 anos. As mudanças na composição da frota, o aumento do volume de tráfego e o desenvolvimento de atividades lindeiras econômicas, como a produção de grãos e pecuária, que demandam veículos com capacidade de cargas elevadas, alteram significativamente as condições de operação e segurança das rodovias.
A Figura 2 apresenta a quantificação anual do tráfego, composto pela quantidade total de veículos mistos, da rodovia em estudo MT-449 no período compreendido entre os anos de 2011 e 2015.
Figura 2 - Tráfego anual da Rodovia MT-449
Fonte: (Adaptado de ADMINISTRADORA DE PEDÁGIO RODOVIA DA MUDANÇA, 2016)
É notória a afirmação de que o aumento de tráfego pode acarretar o crescimento de ocorrência de acidentes. De acordo com Garcia (2002), acidentes e fatalidades ocorrem cada vez com maior frequência em rodovias, o que é possível observar diariamente na mídia. Frente a isto, indaga-se: esta rodovia encontra-se atualmente dentro dos padrões desejáveis para acomodar as novas condições impostas? 616.587 667.782 723.270 727.094 695.799 600.000 620.000 640.000 660.000 680.000 700.000 720.000 740.000 2011 2012 2013 2014 2015 Nú mero d e v eíc u los mist o s Ano
3 JUSTIFICATIVA
A segurança viária é uma das grandes preocupações dos gestores do sistema rodoviário e da população em geral. É cada vez mais comum, principalmente em países desenvolvidos, a busca pela qualificação dos sistemas viários, tendo em vista os elevados custos sociais decorrentes dos acidentes de trânsito (NODARI, 2003).
Observando-se a necessidade em garantir um eficiente funcionamento, frisando a segurança operacional e dentro dos critérios estabelecidos pelas normas de projetos rodoviários, na medida em que há equilíbrio entre as características geométricas e operacionais de uma rodovia, há mais segurança em sua trafegabilidade e, consequentemente, menor risco de acidentes (SOUZA, 2012).
Portanto, o objetivo atual dos gestores de rodovias é desenvolver métodos que não busquem apenas trabalhar o comportamento dos usuários em relação as vias, mas sim, melhorar as condições geométricas e funcionais oferecidas aos mesmos, propondo melhorias às condições das rodovias, proporcionando sobretudo segurança e comodidade ao usuário.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Verificar a condição geométrica da rodovia estadual MT-449.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Verificar a classe de projeto em que a rodovia se encontra nas condições de tráfego atuais;
Verificar os critérios mínimos de segurança de acordo com a atual classificação técnica da rodovia;
Classificar a fluidez geométrica de tráfego pelo critério da diferença entre as velocidades operacionais em curvas sucessivas;
Classificar a consistência geométrica pelo critério da diferença entre a velocidade operacional e a velocidade de projeto;
Estabelecer os critérios mínimos de segurança nas curvas analisadas, com base nas velocidades operacionais obtidas em campo;
Comparar os resultados medidos em campo aos obtidos com base na velocidade de projeto e na velocidade operacional.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo serão apresentados os principais conceitos, bem como o desenvolvimento de explicações cabíveis, necessários para o desenvolvimento deste projeto de pesquisa. Com base nas normas em utilização do DNIT, abordam-se:
Definição dos principais componentes da seção típica de uma rodovia; Classificações funcional e técnica de um sistema rodoviário;
Critérios de segurança de um projeto geométrico;
Descrição dos métodos utilizados para classificação da consistência geométrica viária.
5.1 CLASSIFICAÇÃO DAS RODOVIAS
O DNER (1999) define rodovia como sendo uma entidade física na qual prevalecem as dimensões longitudinais, sendo seus elementos referenciados geometricamente a uma linha fluente e contínua.
Para classificar uma rodovia, faz-se necessário entender a importância que ela exercerá em uma rede rodoviária e as características gerais da demanda que a solicita, sendo de suma importância conhecer as funções a serem desempenhadas pela mesma (NODARI, 2003).
Frente a isso, é possível realizar a classificação técnica de uma rodovia, referenciada pelo Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais do DNER (1999), definindo-se então as dimensões e configuração espacial com que a rodovia deverá ser executada. Apresenta-se em sequência a classificação das mesmas, com enfoque na relação entre a velocidade e as características geométricas da rodovia com a ocorrência de acidentes.
5.1.1 Designação dos elementos geométricos
Durante o desenvolvimento inicial de um projeto, tratando-se do projeto em planta, é necessário dimensionar os elementos geométricos, definindo-se a geometria da linha que representa a rodovia (eixo da rodovia).
A Figura 3 apresenta a disposição típica dos elementos de uma seção transversal para uma rodovia em pista simples. De acordo com o DNER (1999), tais elementos podem ser designados como:
- Eixo da rodovia (eixo de projeto): linha longitudinal, localizada na região central da pista de rolamento, que representa geometricamente a rodovia. Sendo projetada no plano horizontal, é traçada no intuito de desenvolver-se o estudo de projeto com base em seu alinhamento.
- Faixa de rolamento (faixa de trânsito): espaço dimensionado e destinado à passagem de um veículo por vez;
- Pista de rolamento: espaço que abrange todas as faixas de rolamento de uma rodovia;
- Acostamento: espaço adjacente à cada sentido das faixas de trânsito, com função emergencial, ou seja, destinado à parada de veículos, faixa extra de rolamento para urgências, bem como atuar como proteção da estrutura do pavimento e dos efeitos de erosão. Geralmente, em seu dimensionamento, não leva-se em consideração as cargas decorrentes da passagem de veículos. Todas as rodovias rurais devem possuir acostamentos, sejam estes provenientes ou não de pavimentação. O DNER (1999) estipula as larguras mínimas de acostamento externos para as rodovias rurais, de acordo com a classe de projeto e o relevo das mesmas.
- Abaulamento: inclinação transversal da pista de rolamento, inserida com o intuito de escoar para as laterais a água que incide sobre o pavimento.
Figura 3 - Seção típica de uma rodovia de pista simples Fonte: (DNER, 1999)
5.1.2 Classificação funcional das rodovias
Observando-se a importância no ramo da infraestrutura de transporte rodoviário de uma região, esta classificação permite subdividir as rodovias de acordo com os serviços que as mesmas devem oferecer, com base nas premissas de mobilidade e acessibilidade (DNER, 1999).
- Sistema arterial: tem como função principal promover a mobilidade de grande quantidade de veículos, ligando e integrando munícipios, estados e países, que fazem fronteiras entre si;
- Sistema coletor: tem como objetivo propiciar mobilidade entre municípios (tráfego menores) e acesso a outras rodovias, possibilitando a ligação de áreas rurais e urbanas à rede rodoviária arterial;
- Sistema local: composto por rodovias de extensão consideravelmente pequena, tendo como função apenas fornecer o acesso a rodovias de mobilidade.
5.1.3 Classificação técnica das rodovias
Segundo os critérios estabelecidos pelo DNER (1999), as rodovias rurais classificam-se tecnicamente de acordo com seu volume de tráfego – número de veículos mistos que passam pelo trecho em estudo em um dado intervalo de tempo
– e o relevo da região em que a mesma se insere. Os intervalos de tempo para
determinação dos volumes de tráfego mais usuais são o dia e a hora, expressos em veículos por dia (vpd) e veículos por hora (vph), respectivamente.
Embora o relevo da região a ser atravessada por uma rodovia não seja diretamente uma característica da mesma, este é considerado para fins de classificação técnica, uma vez que as dificuldades impostas pela topografia e a aceitação do usuário em utilizar a via com velocidades inferiores, ao perceber condições de relevo mais difíceis, influenciam significativamente em tal consideração.
Não ocorrendo a existência de critérios fixos e decisivos para identificação do tipo de relevo (plano, ondulado ou montanhoso), o DNER (1999) cita que essa avaliação deve ser realizada pelo projetista, de maneira subjetiva, baseando-se na sua percepção e experiência.
Contudo, a American Association of State Highway and Transportation
Officials – AASHTO (1997), sugere que a classificação do relevo seja realizada com
- Relevo plano: condição em que a distância de visibilidade não é interrompida em um longo espaço, ou seja, é possível obter-se longas distâncias sem acarretar em dificuldades de construção ou custos onerosos;
- Relevo ondulado: condição em que a declividade do terreno natural necessita de constantescortes e aterros, porém de pequeno porte, para adaptar o perfil da rodovia, ocasionando em inclinações que oferecem limitações ao prolongamento dos alinhamentos da via;
- Relevo montanhoso: condição que implica em mudanças bruscas das elevações entre o terreno natural e a via, exigindo também frequentes cortes e aterros para conformabilização.
Tendo-se definido o Volume Médio Diário – VMD e o relevo da região, atendendo-se às características cabidas, é possível dividir as rodovias em cinco classes técnicas.
Tabela 1 - Classes de projeto para traçados de rodovias rurais. Classe de
Projeto Característica VMD (vpd) Pista
Classe Funcional
0
Rodovia com melhor nível técnico, ocorrendo interseções
apenas em níveis diferentes
≥1.400 Expressa Arterial
I
A
Rodovias com interseções em nível, com controle parcial em
seus acessos
≥1.400 Dupla Arterial
B
Volume de tráfego insuficiente para adoção de classes de
projetos superiores
≥1.400 Simples Arterial II
Definidas pelo VMD projetado
700 a 1.400 Simples Arterial Coletor
III 300 a 700 Simples Coletor
Local
IV
A
Definidas pelo VMD no ano de abertura
50 a 200 Simples
Coletor Local
B < 50 Simples
Fonte: Adaptado de DNER (1999)
Na classificação técnica das rodovias são estabelecidos alguns critérios principais fixados para cada classe de projeto, listados a seguir.
- Velocidade diretriz mínima: é a velocidade mínima de projeto com a qual a rodovia deve ser dimensionada;
- Raio de curva horizontal: é o valor do raio da curva circular desenvolvida no projeto em planta;
- Superelevação máxima: é a máxima inclinação transversal permitida na rodovia;
- Largura da faixa de trânsito: largura mínima que a faixa de rolamento deve ser projetada, abrigando os veículos com certa folga lateral, possibilitando correções ao usuário;
- Largura do acostamento: largura necessária para que tal componente desempenhe suas finalidades, sem comprometer o desenvolvimento do tráfego;
- Afastamento lateral da borda: distância livre necessária entre um objeto e a pista de rolamento (ou acostamento, quando existente);
Respaldando-se nas condições topográficas da região de implantação de uma rodovia apresentadas anteriormente, bem como nas respectivas classe de projeto, o DNER (1999) esclarece tais características técnicas mínimas necessárias para cada divisão, apresentadas nas Tabela 2, Tabela 3 e Tabela 4.
Tabela 2- Características técnicas para rodovias de classes 0 e I.
Característica técnica Un. Classe 0 Classe I
Plano Ondul. Mont. Plano Ondul. Mont. Velocidade diretriz mínima km/h 120 100 80 100 80 60 Raio mínimo de curvatura
(p/ superelevação máxima) m 500 345 210 345 210 115(1)
Superelevação máxima % 10 10 10 10 10 10(2)
Largura da faixa de trânsito m 3,60 3,60 3,60 3,60 3,60 3,60 Largura do acost. externo m 3,50 3,00(3) 3,00(3) 3,00(3) 2,50 2,50
Afast. mín. borda do acost.: - obstáculos contínuos - obstáculos isolados m 0,50 1,50 0,50 1,50 0,50 1,50 0,50 1,50 0,50 1,50 0,50 1,50
Observações: (1) Somente para a Classe IA; para a classe IB, considera-se 125m.
(2) Somente para a Classe IA; para a classe IB, considera-se 8%.
(3) Adotar 3,50m quando previsto volume unidirecional de caminhões superior a 250 vph.
Tabela 3 - Características técnicas para rodovias de classes II e III.
Característica técnica Un. Classe II Classe III
Plano Ondul. Mont. Plano Ondul. Mont.
Velocidade diretriz mínima km/h 100 70 50 80 60 40
Raio mínimo de curvatura
(p/ superelevação máxima) m 375 170 80 230 125 50
Superelevação máxima % 8 8 8 8 8 8
Largura da faixa de trânsito m 3,60 3,50 3,30 3,50 3,30 3,30 Largura do acost. externo m 2,50 2,50 2,00 2,50 2,00 1,50 Afast. mín. borda do acost.:
- obstáculos contínuos - obstáculos isolados m 0,50 1,50 0,50 1,50 0,50 1,50 0,30 0,50 0,30 0,50 0,30 0,50
Fonte: Adaptado de DNER (1999)
Tabela 4 - Características técnicas para rodovias de classes IV-A e IV-B. Característica técnica Un. Classe IV-A Classe IV-B
Plano Ondul. Mont. Plano Ondul. Mont.
Velocidade diretriz mínima km/h 60 40 30 60 40 30
Raio mínimo de curvatura
(p/ superelevação máxima) m 125 50 25 125 50 25
Superelevação máxima % 8 8 8 8 8 8
Largura da faixa de trânsito m 3,00 3,00 3,00 2,50 2,50 2,50 Largura do acost. externo m 1,30 1,30 0,80 1,00 1,00 0,50 Afast. mín. borda do acost.:
- obstáculos contínuos - obstáculos isolados m 0,30 0,50 0,30 0,50 0,30 0,50 0,30 0,50 0,30 0,50 0,30 0,50
Fonte: Adaptado de DNER (1999) 5.1.4 Elementos de segurança viária
Os tópicos a seguir esclarecem os principais itens advindos de uma eficiente classificação técnica das rodovias.
5.1.4.1 Velocidade diretriz
Também denominada como velocidade de projeto, a velocidade diretriz é designada pelo DNER (1999) como a maior velocidade com que determinado trecho pode ser percorrido com segurança, sendo selecionada para fins de projeto da via e que define as principais características físicas mínimas da mesma, como as dimensões das curvas horizontais, proporcionando segurança e conforto ao usuário. Por ser a velocidade uma resultante direta na relação entre condutor, veículo e rodovia, é fundamental sua participação no dimensionamento das rodovias. De acordo com o Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais (DNER, 1999),
velocidades diretrizes elevadas implicam em características geométricas mais amplas, acarretando em custos de construção elevados. No entanto, por questões de segurança do condutor, não se aconselha dimensionar uma rodovia com velocidade de projeto inferior à que será efetivamente utilizada em operação pelo usuário.
5.1.4.2 Raio mínimo de curvatura horizontal
Segundo o DNER (1999), o raio mínimo de curvatura é aquele em que o condutor do veículo consegue operar em condições limites com a velocidade diretriz e superelevação estabelecidos, ou seja, quando em tal situação o atrito entre o veículo e o pavimento permita o desenvolvimento do percurso sem eventuais desvios.
Embora seja de conhecimento público que acidentes são eventos inesperados, a ocorrência dos mesmos tende a apresentar uma grande dispersão com relação aos locais, podendo não ocorrer em determinadas seções de uma rodovia. Segundo o DNIT (2010), em rodovias rurais a frequência de acidentes geralmente aumenta quando os raios das curvas diminuem, com valores numéricos geralmente inferiores a 400 m.
Segundo Hunter (2000), em um estudo desenvolvido em rodovias rurais de pista simples na Carolina do Norte, Estados Unidos, entre os anos de 1994 e 1999, acidentes ocasionados por velocidade ocorrem, em sua grande maioria, em segmentos de curva. Para a AASHTO (1997), acidentes em trechos em curvatura são de duas a quatro vezes mais frequentes do que trechos em tangentes – trechos retos situados entre duas curvas de concordância, devido ao fato de a manobra em curvatura exigir mais desempenho do motorista e do veículo, implicando então em uma maior atenção no dimensionamento de uma curva em um projeto rodoviário, contemplando-se principalmente no raio de curvatura adotado.
5.1.4.3 Superlargura e superelevação
Ao definir-se o traçado geométrico de uma rodovia é esperado que se estabeleça condições favoráveis de segurança e comodidade, de modo a permitir o desenvolvimento e conservação da velocidade de projeto em todo o decorrer do mesmo.
Um projeto geométrico rodoviário, tratando-se das condições em planta, constitui-se de trechos em tangentes –e em curvas. Estas, por sua vez, devido ao surgimento de esforços laterais decorrentes da força centrífuga que incide sobre o veículo, interferem nas condições operacionais do mesmo. No intuito de minimizar estes efeitos, utilizam-se os conceitos de superlargura e superelevação nos trechos em curvatura, de forma que o alargamento e elevação dos bordos de pista permitam que a segurança e comodidade dependentes das características da seção transversal permaneçam inalteráveis quando comparadas aos trechos em tangente (DNER, 1999).
A superelevação pode ser definida como a inclinação em relação a horizontal das seções em curva de uma rodovia, geralmente expressa em percentagem (%), necessária para contrabalancear a atuação da força centrífuga e aumentar o conforto dos ocupantes de um veículo. É determinada como sendo o maior valor da tangente do ângulo formado entre a reta de declive e o plano horizontal. A orientação desta inclinação se dá no sentido do bordo interno da curva, ocorrendo a transição na extensão entre o abaulamento característico das faixas de trânsito e a máxima superelevação, sendo o eixo de rotação da transição o eixo da rodovia, em caso de rodovias de pista simples (DNER, 1999).
Conforme citado no decorrer deste trabalho, a largura mínima da faixa de rolamento é determinada em norma de acordo com a classe de projeto da rodovia e o relevo da região. Segundo a AASHTO (1997), pistas mais largas contribuem na redução de ocorrência de acidentes, uma vez que estas possibilitam que o usuário retome o controle quando ocorre a saída da pista, ao mesmo tempo que ocasiona um afastamento lateral entre veículos que trafegam em sentidos opostos, reduzindo a incidência de colisões frontais.
No entanto, nos trechos em curva é recomendada a adoção deum acréscimo na largura lateral da pista, designada como superlargura. Esta situação se deve porque ao realizar uma curva, os veículos sofrem variações de posicionamento, decorrentes dos raios necessários para que os pneus dianteiros de um veículo realizem a curva, necessitando de uma acomodação estática na pista, podendo ser resolvida com a adoção da superlargura (DNER,1999).
A adoção de superlargura em trechos em curva, contribui na redução de incidência de acidentes, uma vez que possibilita um espaço adicional para acomodação do veículo e manobras do condutor. Tal largura resultada combinação
de fatores como o raio de curvatura horizontal, da velocidade de operação e das características do veículo que opera na rodovia. Embora a adoção da superlargura influencie no aumento do custo de uma rodovia, o DNER (1999) recomenda que seja adotada em curvas com raios relativamente pequenos, utilizando-se um valor mínimo de 0,40 m.
Determinada a superlargura, sua transição é realizada de maneira semelhante a superelevação, de forma que as mesmas se coincidam, e sua disposição, em rodovias de pista simples, pode ocorrer de forma simétrica – metade para cada lado da pista – ou assimétrica – um lado só da pista – ressaltando-se que ao realizar uma curva, um veículo tende a realizar um leve movimento para o bordo interno da curva (DNER, 1999).
Figura 4 - Esquema de superelevação e superlargura em rodovia Fonte: (DNER, 1999)
5.2 AVALIAÇÃO DA CONSISTÊNCIA GEOMÉTRICA
A fluidez de um projeto rodoviário caracteriza-se pelas considerações operacionais e de aparência, evitando-se variações bruscas nos raios de curvaturas, situação que pode surpreender e confundir o condutor do veículo (DNER, 1999). Para tanto, curvas sucessivas não devem apresentar grandes variações em seus raios, sendo concordadas por tangentes mínimas, com comprimentos mínimos necessários (em metros) designados como quatro vezes a velocidade diretriz (em km/h), ou seja:
L > 4 × 𝑉
Na Figura 5 é apresentado um ábaco com a relação entre os raios de curvas consecutivas quanto a característica de sucessão, classificadas em desejável (Zona I), boa (Zona II), aceitável (Zona III) e a evitar-se quando possível (Zona IV).
Figura 5 - Critérios para escolha de raios de curvas sucessivas Fonte: (DNER, 1999)
A velocidade diretriz é aquela selecionada para o desenvolvimento do projeto, sendo responsável pela designação dos demais critérios característicos de uma rodovia. Entretanto, pode-se afirmar que os usuários dos veículos que trafegam nas rodovias rurais não costumam respeitar os limites de velocidade impostos às mesmas, decorrentes da classificação técnica. Frente a isto, a velocidade operacional (V85) é aquela efetivamente observada em veículos em um determinado
trecho, sendo numericamente adotada como a frequência acumulada onde 85% dos condutores têm velocidade inferiores ou iguais a esta (DNER, 1999).
Os dois critérios de avaliação da consistência geométrica das rodovias utilizados por Garcia (2002) citam a velocidade operacional como uma importante ferramenta de análise, caracterizando os projetos geométricos nos critérios: Bom, Regular ou Fraco. Para o autor a elaboração de um projeto geométrico de uma rodovia está baseada principalmente no respeito às normas exigentes, estabelecendo-se os critérios mínimos de segurança, e na redução de custos de execução, indicando os limites máximos. Sua análise ocorre sobre a ótica de sua efetiva utilização, verificando se as características com que a mesma foi projetada desenvolvem-se de forma verdadeira em sua funcionalidade.
5.2.1 Critério I: critério da diferença entre velocidade operacional de curvas sucessivas
Com semelhante objetivo ao ábaco utilizado pelo DNER (1999) na verificação dos critérios para escolha de raios de curvas sucessivas, o método da classificação de um projeto rodoviário quanto a sua consistência geométrica consiste em estabelecer a análise das mesmas a partir da variação da velocidade operacional das mesmas, dividindo-se em três casos:
a) Caso 1 – bom projeto: diferença entre as velocidades operacionais de curvas consecutivas é inferior ou igual a 10 km/h, considerando-se que o projeto apresenta consistência em seu alinhamento horizontal, não acarretando em problemas de operação dos veículos.
b) Caso 2 – projeto regular: diferença entre as velocidades operacionais de curvas sucessivas presente no intervalo de 10 a 20 quilômetros por hora, caracterizando tais curvas com a apresentação de pequenos problemas de inconsistência geométrica, podendo estes serem resolvidos sem a necessidade de elaboração de um reprojeto.
c) Caso 3 – projeto fraco: diferença entre as velocidades operacionais de curvas sucessivas superiores a 20 km/h, apresentando então sérios problemas de fluidez, tornando necessário a confecção de um reprojeto, de forma que as mesmas se enquadrem no Caso 1.
5.2.2 Critério II: critério da diferença entre velocidade operacional e velocidade de projeto
Com posse da velocidade diretriz de um projeto rodoviário e determinando-se a velocidade operacional que os veículos dedeterminando-senvolvem ao trafegar pelas curvas, este critério permite realizar a classificação do projeto geométrico em três casos distintos, baseando-se na diferença entre estes dois valores.
a) Caso 1 – bom projeto: diferença entre as velocidades operacional e de projeto inferior ou igual a 10 km/h, não apresentando necessidade de readequações em seu traçado geométrico.
b) Caso 2 – projeto regular: diferença entre as velocidades operacional e de projeto presente no intervalo de 10 a 20 quilômetros por hora, podendo esta ser resolvida com algumas adaptações, utilizando como respaldo a velocidade empregada pelos usuários como velocidade diretriz.
c) Caso 3 – projeto fraco: diferença entre as velocidades operacional e de projeto superiores a 20 km/h, caracterizando problemas de dimensionamento, tornando necessária a confecção de um reprojeto, de forma que se atendam as condições mínimas de segurança.
6 METODOLOGIA
As atividades a serem desenvolvidas neste projeto de pesquisa serão divididas em duas etapas principais distintas. Inicialmente, será realizada a classificação técnica da rodovia em estudo, bem como o dimensionamento e verificação em campo dos elementos geométricos de segurança (superelevação e superlargura), conforme prescrição do Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais desenvolvido pelo DNER (1999). Baseando-se na velocidade de projeto adotado no projeto original e na velocidade desenvolvida pelos usuários da rodovia, será desenvolvida a classificação da consistência geométrica da mesma.
6.1 TRECHO DE ESTUDO
A Rodovia Estadual MT-449, também conhecida como Rodovia da Mudança, está sob concessão desde 2010 pela Associação de Beneficiários da Rodovia da Mudança em parceria com o Governo do Estado de Mato Grosso. Apresentando seção transversal típica formada por duas faixas de trânsito, uma para cada sentido da rodovia, é o principal percurso entre os municípios de Tapurah e Lucas do Rio Verde, desempenhando o papel de acesso à Rodovia Federal BR-163, principal rota de escoamento da produção agropecuária do Estado.
O trecho objeto adotado neste projeto de pesquisa compreende uma extensão de 79,04 quilômetros, entre o fim da pista duplicada, que limita a zona urbana da zona rural, e o entroncamento com a MT-338.
Com base na Figura 6, pode-se dividir o trecho em pequenos segmentos com registro no Sistema Rodoviário Estadual – SRE (2012), sendo apresentados em sequência os pontos de início e fim e o comprimento total de cada um.
Fim da pista duplicada a Entrada MT-484 (Itambiquara) – 28,20 quilômetros; Entrada MT-484 (Itambiquara) a Groslândia – 16,60 quilômetros;
Groslândia a Entrada MT-010 (Novo Eldorado) – 22,00 quilômetros; Entrada MT-010 (Novo Eldorado) a Entrada MT-338 – 12,24 quilômetros.
Figura 6 - Esquematização Rodovia MT-449 Fonte: (Adaptado do Google Earth, 2016)
6.2 CLASSIFICAÇÃO TÉCNICA DA RODOVIA
Quanto a geometria da rodovia, neste projeto de pesquisa serão analisados, com base no VMD, os seguintes critérios: raio de curvatura, largura das faixas de rolamento e acostamento, taxa de superelevação e superlargura nas curvas horizontais e distância entre objetos e a borda da pista.
6.2.1 Volume Médio Diário (VMD)
Para a quantificação do número de veículos que trafegam pela rodovia MT449 serão levantadas informações a partir de dados existentes, concernentes à contagem volumétrica de tráfego auferidos dos levantamentos anuais realizados pela concessionária mantenedora da rodovia. Os dados a serem utilizados neste PP referem-se à contagens realizadas no ano de 2015, o espaço amostral completo mais recente. Para contabilização do VMD, utilizou-se a média do tráfego de todos os dias do ano.
VMD = ∑ VD 365 Sendo:
VMD: Volume Médio Diário;
VD: Volume de veículos que trafegaram pela rodovia no dia.
Tapurah Entrada MT-338\ Groslândia\ Entrada MT-484\ Fim da pista duplicada Novo Eldorado\
Lucas do Rio Verde Esc. Aprox.: 1 - 500.000
De posse destes dados, será realizada a classificação técnica da rodovia, analisando-se os critérios abordados previamente de acordo com a classe em que a mesma se encontrar inserida.
6.2.2 Velocidade diretriz
Com base no projeto de implantação da rodovia será obtida a velocidade diretriz utilizada na confecção do mesmo. Para a determinação dos critérios de segurança baseados na classificação técnica atual da MT-449 será tida como fator de base a velocidade diretriz observada nas Tabelas 2,3 e 4.
6.2.3 Identificação dos principais elementos geométricos
No intuito de caracterizar os principais elementos geométricos presentes “in
loco”, serão observados os seguintes parâmetros:
Raio de curvatura (m);
Larguras da pista e acostamento (m); Superlargura (m);
Superelevação (%).
6.2.3.1 Raio de curvatura horizontal
Com a análise das diferentes classes de projeto serão definidos os raios mínimos de cada curva do trecho da rodovia, admitindo-se que as mesmas sejam circulares.
Para a verificação dos raios de curva executados será realizado inicialmente uma análise dos mesmos a fim de determinar o comprimento de corda (c) a ser adotado, seguindo-se o que é citado a seguir.
a) Definição do ângulo de deflexão do vértice (I) de cada curva, com a determinação das tangentes através de Software com disponibilidade de imagens de satélite.
b) Determinação visual do início (PC) e final (PT) de cada curva, bem como o comprimento, em metros, do desenvolvimento de curva (D).
c) Obtenção do valor aproximado do raio de curvatura executado com a utilização da equação:
R = D AC
Sendo:
D: desenvolvimento em curva (m);
AC: ângulo central, em radianos, numericamente igual à deflexão I: R: raio da curva circular (m).
Figura 7 - Esquema da concordância com curva circular simples Fonte: (DNER, 1999)
Na posse dos resultados encontrados para os raios, é possível estimar o comprimento de corda a ser utilizado em campo para real aferição do raio planimétrico de cada curva, expostos na Tabela 5.
Tabela 5 - Cordas admissíveis para as curvas.
RAIOS DE CURVA (R) CORDA UTILIZADA (c)
R < 100,00 m 100,00 m < R < 600,00 m R > 600,00 m 5,00 m 10,00 m 20,00 m
Fonte: Adaptado de DNER (1999)
Após realizado o cálculo dos valores dos raios, será realizado o processo para determinação real dos mesmos em campo. Para isso, inicialmente serão determinados os pontos característicos de curva, PC e PT. O procedimento adotado é descrito em sequência.
a) Escolha de um ponto qualquer localizado em cada tangente para posicionamento do teodolito.
b) Focar outro ponto, posicionado a ré, pertencente a mesma reta tangente do ponto escolhido.
d) Com o auxílio de uma régua (mira) e um auxiliar, este irá se afastando do teodolito, percorrendo a linha de marcação central da rodovia, até que se desloque da reta da mira “construída” que o operador do equipamento estará visualizando, caracterizando-se então como um ponto notável da curva, PC ou PT.
Já definido o comprimento de corda a ser utilizado, será determinada a deflexão (dc) de cada curva circular, sendo esta o ângulo formado entre essa corda e
a tangente à curva em uma extremidade da mesma. A Figura 8 esquematiza uma deflexão à direita.
Figura 8 - Deflexão da curva circular para uma corda ‘c’ Fonte: (DNER, 1999)
Adotando-se o ponto M como o ponto de início da curva (PC), será posicionado o teodolito coincidente ao mesmo, estendendo-se a corda de comprimento ‘c’ até que a mesma atinja em seu comprimento máximo estendido uma ponta posicionada ao pé do equipamento e outra sobre o eixo da pista, mensurando a deflexão. Determinado o valor de dc para uma corda ‘c’, pode-se
determinar o raio da curva circular com base na equação a seguir.
R = c
2 × sen dc
Sendo:
R: raio da curva circular (m);
c: comprimento de corda utilizado (m);
6.2.3.2 Largura das faixas de trânsito e acostamento e superlargura
De posse dos valores mínimos exigidos em norma para a classe de projeto em questão, será efetuada em campo a medição das larguras da faixa de rolamento e acostamento, com uma trena comum de 20 metros, delimitado entre os centros das pinturas de faixa de acostamento e de divisão de tráfego, e do centro da faixa de acostamento à borda da pista, respectivamente.
Nas curvas, admitindo-se a largura da faixa de rolamento como a mínima exigida em norma, será tida como superlargura o valor excedente a tal largura.
6.2.3.3 Superelevação
A real inclinação transversal (superelevação) da pista será dada através da razão entre as diferenças de altura dos pontos coincidentes com as faixas de borda da pista (direita e esquerda), na seção central da curva, uma vez que é onde encontra-se o maior valor numérico para a distribuição da superelevação.
6.2.4 Determinação da superelevação e superlargura para as velocidades diretriz e operacional
Neste projeto de pesquisa serão levantadas informações suficientes que permitirão identificar e calcular a superelevação e superlargura de cada curva em estudo. Para elaborar a comparação destes elementos medidos em campo com os calculados a partir da velocidade diretriz e da consideração da velocidade operacional como a nova velocidade de projeto, apresentam-se em sequência os critérios de dimensionamento de tais características, conforme o DNER (1999).
6.2.4.1 Cálculo da superelevação
O cálculo adotado para determinação da superelevação a ser utilizada é apresentado na equação abaixo.
e = emáx× ( 2 × Rmin R − Rmin2 R2 ) Sendo: e: superelevação (%);
emáx: superelevação máxima para classe de projeto (%); R: raio da curva (m);
Rmin: raio mínimo da curva horizontal (m).
O DNER (1999) define os valores dos raios que dispensam a adoção de superelevação, com base na velocidade diretriz da rodovia, expressos na Tabela 6.
Tabela 6 - Raios que dispensam superelevação.
V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 ≥ 100
R (m) 450 800 1.250 1.800 2.450 3.200 4.050 5.000
Fonte: Adaptado de DNER(1999)
6.2.4.2 Cálculo da superlargura
Conforme recomendações de projetos geométricos, apresentam-se os cálculos necessários para determinação da superlargura em projeto com base no veículo tipo adotado no projeto de implantação da rodovia. Segundo o DNER (1999), considera-se veículo tipo CO como caso geral para a confecção de projetos geométricos, uma vez que este atende com bastante folga veículos do tipo VP e O, e atende aos veículos do tipo SR em condições ainda desejáveis. Respaldando-se no procedimento de cálculo estabelecido em norma pelo DNER.
Figura 9 - Esquematização veículo tipo CO Fonte: (DNER, 1999)
a) Gabarito devido à trajetória em curva
GC = LV+ R − √R2− E E2
Sendo:
GC: gabarito devito à trajetória em curva (m);
LV: largura do veículo, medida entre as faces externas dos pneus (m), 2,60 m
para veículo tipo CO; R: raio da curva (m);
EE: distância entre eixos (m), 6,10 m para veículo tipo CO. b) Gabarito devido ao balanço dianteiro
GD = √R2 + BD× (2 × EE+ BD) − R
Sendo:
GD: gabarito devito ao balanço dianteiro (m);
R: raio da curva (m);
BD: balanço dianteiro (m), 1,20 m para veículo tipo CO;
EE: distância entre eixos (m), 6,10 m para veículo tipo CO .
Para gabarito lateral, os valores são obtidos com base na largura de faixa de tráfego da rodovia.
Tabela 7 - Valores de gabarito lateral.
Largura de faixa LF (m) 3,00 – 3,20 3,30 – 3,40 3,50 – 3,60
Gabarito lateral GL (m) 0,60 0,75 0,90
Fonte: Adaptado de DNER (1999)
Para compensar as dificuldades naturais de manobra em curva e a diferença entre as características de operação dos motoristas considera-se um acréscimo de largura FD.
FD = V
10 × √R Sendo:
FD: folga dinâmica (m);
V: velocidade de projeto e operacional (km/h); R: raio da curva (m).
Com base nesses critérios, pode-se então determinar a largura total a ser acrescida a pista em curva, para pista simples (duas faixas de tráfego).
SL = 2 × (GC+ GL) + GD+ FD− 2 × LF Sendo:
SL: superlargura por curva (m);
GC: gabarito devido à trajetória em curva (m);
GL: gabarito lateral (m);
GD: gabarito devito ao balanço dianteiro (m); FD: folga dinâmica (m);
LF: largura da faixa de trânsito (m).
6.3 ANÁLISE DA CONSISTÊNCIA GEOMÉTRICA
O procedimento de realização da classificação da consistência geométrica da rodovia será fundamentado na dissertação de mestrado em Engenharia de Produção do autor Daniel Sergio Presta Garcia, pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. Este, por sua vez, apresentou metodologia baseada nos estudos de Lamm (1990) e da Federal Highway Administration – FHWA (2000).
Serão desenvolvidos neste projeto de pesquisa os dois primeiros critérios de avaliação da geometria das rodovias utilizados na dissertação de mestrado citada, frisando a velocidade operacional como uma importante ferramenta de análise. Segundo o referido autor, esta classificação é considerada a mais confiável para a avaliação da segurança de rodovias de pista simples, podendo caracterizar projetos geométricos em critérios Bom, Regular ou Fraco.
Para realização dos dois critérios de verificação da consistência geométrica da rodovia em estudo faz-se necessário a determinação da velocidade operacional desenvolvida pelos veículos em cada curva em análise, pelo método desenvolvido por Garcia (2002).
Através de uma trena será demarcado um comprimento “x” sobre os trechos em curva (entre 30 e 100 metros), em que um veículo percorrerá, sendo a velocidade obtida pela confrontação desta distância percorrida pelo tempo cronometrado, gasto pelo mesmo. Para o desenvolvimento deste estudo serão utilizados dois operadores distintos, um para cada seção de cronometragem, com a função de cronometrar os veículos no seu sentido e de alertar o outro operador o inicio de sua cronometragem, permitindo o levantamento simultâneo das velocidades pontuais dos veículos nos dois sentidos da rodovia.
A localização dos operadores se dará pela identificação estimada do ponto central do desenvolvimento da curva, adotando-se então um comprimento para cada um dos lados, sendo o posicionamento dos operadores tal que não permita aos usuários a identificação dos mesmos, comprometendo o resultado das aferições.
Com a utilização de Software de planilhas eletrônicas, a velocidade operacional será calculada solicitando-se o k-percentil dos valores obtidos das velocidades pontuais dos veículos de cada sentido de curva em estudo. A consideração da amostra adotada será a mesma utilizada por Garcia (2002), onde será considerada uma composição de 72% de veículos de passeio, 24% para caminhões e 4% para ônibus, de uma amostra mínima de 48 veículos no total, admitindo-se desvio padrão máximo de 8,5km/h para as velocidades pontuais.
6.3.1 Critério I
Através da diferença das velocidades operacionais de duas curvas sucessivas, apresentando comprimento de intertangente superior à mínima, estas poderão ser classificadas, de acordo com a Tabela 8, quanto à fluidez de tráfego que a rodovia proporciona.
Tabela 8 - Classificação segundo critério I.
Caso Classificação Considerações para análise
1 Bom projeto ∆V85 ≤ 10 km/h
2 Projeto regular 10 km/h < ∆V85 ≤ 20 km/h 3 Projeto fraco ∆V85 > 20 km/h
Fonte: Garcia(2002) 6.3.2 Critério II
Com base na diferença entre a velocidade operacional e a velocidade diretriz de cada curva, classifica-se o traçado geométrico da rodovia de acordo com as variações mostradas na Tabela 9, permitindo o desenvolvimento da análise sobre estruturas de segurança viária, como superelevação, superlargura e distância de visibilidade de ultrapassagem.
Tabela 9 - Classificação segundo critério II.
Caso Classificação Considerações para análise
1 Bom projeto V85 - Vd ≤ 10 km/h
2 Projeto regular 10 km/h < V85 - Vd ≤ 20 km/h 3 Projeto fraco V85 - Vd > 20 km/h
7 RECURSOS MATERIAIS
Para a realização do presente estudo serão utilizados os equipamentos topográficos pertencentes ao curso de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Mato Grosso campus universitário de Sinop.
8 CRONOGRAMA
ATIVIDADES 2016 2017
ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV
Escolha do tema e orientador Encontros com orientador Pesquisa bibliográfica preliminar Coleta inicial de dados Elaboração do projeto Entrega do PP Executar análises em campo Redação do artigo Apresentação e correção Entrega da versão final da monografia
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ADMINISTRADORA DE PEDÁGIO RODOVIA DA MUDANÇA. Resumo do
movimento por eixos.2016. (Encaminhado por e-mail).
AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. Highway safety design and operations guide. Washington, D.C.: AASHTO, 1997, 118p.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. Manual de projeto
geométrico de rodovias rurais. Rio de Janeiro, 1999, 228p.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES.
Manual de projeto e práticas operacionais para segurança nas rodovias. Rio de
janeiro: IPR, 2010, 280p.
GARCIA, D.S.P. Elaboração de modelo de previsão da velocidade operacional e
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