Aula 08: Projetos Geométricos de Estradas e Obras Complementares

Engenharia Civil 20222 Aula 08 02092022 UC TOPOGRAFIA E GEOTECNIA Projetos geométrico de estradas e obras complementares Tráfego e seus condicionamento Viabilidades técnicas e econômica Estrutura do pavimento Projetos executivos Desenvolver o traçado de estrada a partir de estudos de viabilidade técnica e económica de acordo com as normas vigentes Analisar o tráfego e condições visando projeto viário Dimensionar os elementos do projeto geométrico de estradas Calcular a estrutura do pavimento Elaborar um projeto geométrico e do pavimento de estradas CONSIDERAÇÕES GERAIS Definese traçado de uma rodovia como o alinhamento espacial que representa o eixo principal da via em planta e em perfil em função do qual são definidos os outros componentes da via tais como as faixas de rolamento a plataforma da pista o acostamento os elementos de drenagem superficial os taludes de corte e de aterro e a delimitação da faixa de domínio dentre outros CONSIDERAÇÕES GERAIS Instintivamente o melhor traçado para conectar duas localidades seria uma linha reta Geometricamente esse seria o caminho mais curto e conceitualmente o mais rápido Ocorre porém que raramente essa solução é a mais adequada em virtude de uma série de CONDICIONAMENTOS EXISTENTES na área intermediária entre as localidades a serem conectadas CONSIDERAÇÕES GERAIS Esses condicionamentos têm importância na escolha do traçado de uma rodovia porque uma obra de engenharia deve ser projetada e construída de forma a melhor atender aos interesses da sociedade proporcionando SEGURANÇA CONFORTO e principalmente o MENOR CUSTO possível Em geral devese buscar alternativas cujos benefícios sejam superiores aos custos considerandose um período de projeto geralmente superior a 30 anos CONSIDERAÇÕES GERAIS Devese destacar no entanto que em países com carência de infraestrutura como o Brasil onde a densidade de rodovias é de ordem dez vezes menor que a existente em países com infraestrutura consolidada a seleção dos projetos não deve ser baseada apenas em indicadores econômicos favoráveis mas principalmente num criterioso processo de hierarquização pois em países com déficit de infraestrutura o volume de projetos justificados economicamente é superior à capacidade de financiamento dos mesmos o que pode levar à escolha de projetos menos prioritários à sociedade CONSIDERAÇÕES GERAIS De toda forma seja qual for a razão pela qual se determinou a construção de uma rodovia ela se precederá de avaliações técnicas da elaboração de projetos geométricos e construtivos e de orçamentos detalhados todos baseados no traçado escolhido para a via FATORES QUE INFLUENCIAM NA DEFINIÇÃO DO TRAÇADO DE UMA RODOVIA TRAÇADO Com o estudo de viabilidade e as diretrizes do projeto definese a diretriz da rodovia ou corredor de projeto que é faixa do terreno pela qual se presume que o traçado irá passar A definição do traçado da rodovia dentro dessa faixa é feita em função de uma série de condicionantes de projeto conforme indicado a seguir TRAÇADO Na maioria dos projetos o tipo de relevo é o fator predominante para a escolha da localização da rodovia A movimentação de terra que geralmente representa parcela significativa no custo da obra depende das condições do relevo da região a ser atravessada por ela Também devese considerar que existem parâmetros mínimos definidos por normas de projeto que devem ser respeitados curvas verticais e horizontais Consequentemente uma região com RELEVO DESFAVORÁVEL pode exigir grandes movimentações de terra de elevado custo associadas a obras civis especiais como cortes em rocha túneis e viadutos os quais sempre que possível devem ser evitados ou que somente serão justificados economicamente quando o volume de tráfego for elevado TIPO DE RELEVO TRAÇADO RELEVO PLANO aquele em que a superfície do terreno é suficientemente suave para permitir a execução de um projeto com boas condições de visibilidade pequeno volume de movimentação de terra e sem necessidade de obras civis de alto custo O projeto neste caso contemplará as combinações de alinhamentos horizontais e verticais que permitirão que os veículos pesados mantenham aproximadamente a mesma velocidade dos veículos de passageiros TIPO DE RELEVO TRAÇADO RELEVO ONDULADO aquele em que a superfície do terreno possui inclinações não muito fortes com algumas escarpas ocasionais que resultam em um volume de movimentação de terra médio e ainda permitem a elaboração de um projeto geométrico com curvas suaves mas os veículos pesados apresentam redução de velocidade em relação aos veículos de passageiros TIPO DE RELEVO TRAÇADO RELEVO MONTANHOSO aquele em que a superfície do terreno apresenta mudanças significativas de elevação sendo necessários grandes volumes de movimentação de terra estabilizações de taludes curvas acentuadas e algumas vezes túneis e viadutos para se obter um perfil aceitável para a rodovia O projeto geométrico neste caso exige a combinação cuidadosa de alinhamentos horizontais e verticais e a condição de tráfego impõe geralmente significativa redução de velocidade aos veículos pesados TIPO DE RELEVO TRAÇADO Essa classificação em geral é feita sobre cartas topográficas obtidas junto aos órgãos de mapeamento oficiais que no Brasil seria por exemplo o IBGE ou os institutos geográficos estaduais Em muitos casos imagens de satélites e imagens disponíveis na Internet como imagens Google Earth por exemplo podem também ajudar na classificação do relevo TIPO DE RELEVO TRAÇADO As condições hidrológicas da região determinam os volumes das descargas de água nos exutórios das bacias interceptadas pela rodovia Para tanto é necessário conhecer as áreas de contribuição das bacias hidrográficas por onde passará a rodovia o regime pluviométrico da região a permeabilidade do solo e a densidade de vegetação A partir desses elementos é que são projetadas as obras civis da rodovia relacionadas à drenagem pluviométrica tais como bueiros pontes sarjetas valetas galerias e outros Desta forma para a escolha do melhor traçado da rodovia é importante que o projetista busque informações que abranjam os seguintes dados hidrológicos da região CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS DA REGIÃO TRAÇADO Informações hidrológicas disponibilizadas por órgãos governamentais ou estudos prévios que permitam caracterizar as condições climáticas pluviométricas fluviométricas e geomorfológicas da região CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS DA REGIÃO TRAÇADO Informações que permitam a definição das dimensões e demais características físicas das bacias de contribuição tais como forma declividade tipo de solo e recobrimento vegetal Essas informações geralmente são obtidas por intermédio de cartas topográficas complementadas por imagens de satélites a partir das quais são gerados os modelos numéricos de terreno os quais permitirão definir as características físicas da bacia CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS DA REGIÃO TRAÇADO Informações sobre projetos de modificações previstas para as bacias tais como projetos de infraestrutura planos diretores e tendências de ocupação do solo CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS DA REGIÃO TRAÇADO O traçado da rodovia deve ser escolhido de forma a reduzir ao mínimo as travessias sobre rios e córregos de forma a minimizar a quantidade de obras civis Quando as travessias forem inevitáveis é importante que sejam escolhidos locais e posições das pontes ou galerias que exijam o menor volume possível de construções e que sejam o mais perpendicular possível ao eixo da rodovia evitando assim obras de retificação dos rios ou córregos atravessados por ela CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS DA REGIÃO TRAÇADO A rodovia devido à sua característica de ter uma grande extensão com pequena largura é geralmente um agente agressivo ao meio ambiente principalmente pelo fato dela muitas vezes dividir a região atravessada em duas áreas isoladas entre si Por esta razão em regiões onde a preservação do meio ambiente é relevante deve se sempre procurar TRAÇADOS ALTERNATIVOS QUE EVITEM A AGRESSÃO AMBIENTAL O projetista deve sempre ter em mente que a construção da rodovia exige a retirada de vegetação natural e que a execução de cortes e aterros altos podem acarretar danos ao ecossistema local e até regional Devese verificar a opção de um traçado alternativo que pode não ser a melhor solução técnica para o projeto mas que contribua para a preservação ambiental IMPOSIÇÕES AMBIENTAIS TRAÇADO A este respeito existem normas e órgãos governamentais que regulamentam o uso do solo e determinam se o projeto pode ser implantando e com quais características Em geral considerase que um estudo de impacto ambiental para a construção de uma rodovia deve contemplar as seguintes variáveis QUALIDADE DO AR que é função das partículas de monóxido e dióxido de carbono óxidos de nitrogênio hidrocarbonetos e chumbo gerados em função do tipo e volume de tráfego dos veículos projetados para a via IMPOSIÇÕES AMBIENTAIS TRAÇADO QUALIDADE DA ÁGUA que pode variar em função da rede de drenagem projetada carregando resíduos e poluentes os quais poderão modificar a qualidade das fontes de água potável ALTERAÇÕES DO RUÍDO E DAS VIBRAÇÕES NAS VIZINHANÇAS DA RODOVIA que são funções da quantidade de veículos da porcentagem de veículos pesados da velocidade e do gradiente das rampas ALTERAÇÃO DA PAISAGEM quando o traçado escolhido não se integra suficientemente bem com as características do relevo da região da obra IMPOSIÇÕES AMBIENTAIS TRAÇADO ALTERAÇÃO DO ECOSSISTEMA que pode ocorrer em função da alteração do habitat de animais silvestres acidentes ao longo da via eou efeitos negativos na flora devido à emissão de poluentes EFEITOS NO USO DA TERRA que ocorrem em função da valorização ou desvalorização das propriedades e alterações das atividades das economias lindeiras IMPACTOS CULTURAIS que podem ocorrer em função da existência de sítios arqueológicos sociedades indígenas e monumentos antigos IMPOSIÇÕES AMBIENTAIS TRAÇADO INTERVENÇÕES NA VIDA DAS COMUNIDADES LINDEIRAS E IMPACTOS AMBIENTAIS DURANTE A CONSTRUÇÃO DA OBRA tais como abandono de jazidas aterros de áreas alagadiças e outros No Brasil as normas de regulamentação ambiental são rigorosas razão pela qual o projetista deve consultar os órgãos competentes antes de iniciar qualquer projeto de rodovia Sem a aprovação de tais órgãos nenhum projeto pode ser implantado IMPOSIÇÕES AMBIENTAIS TRAÇADO O VOLUME DE TERRAPLENAGEM é um fator importante do custo da implantação da rodovia o qual é em função do perfil geológico da região por onde passará a rodovia e das alternativas de corte e aterro propostas para o projeto VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO Além das condições geométricas e geológicas indicadas deve também considerar a disponibilidade de LOCAIS DE EMPRÉSTIMOS e áreas de depósito de MATERIAL EXCEDENTE de corte e aterro na composição do custo do traçado escolhido A decisão final neste caso deve considerar a planilha de movimentação de terra e as obras civis resultantes dos perfis de terraplenagem projetados para a execução do traçado escolhido VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO Conceitualmente a melhor condição de projeto para uma rodovia é a inexistência de obras civis e construções especiais Na realidade contudo nenhum projeto de rodovia pode prescindir da existência de tais obras Devido às interferências no relevo TODO PROJETO DE RODOVIA EXIGE que sejam realizadas obras civis para a adequação do traçado ao relevo e de controle das intempéries Consideramse portanto como obras civis em uma rodovia as pontes os viadutos os túneis os muros de arrimo para contenção de taludes as obras de drenagem e as obras de conveniências para os usuários VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO O impacto dessas obras no custo da rodovia é sempre importante e o projetista deve por esta razão avaliar com cuidado as opções de traçado versus o volume de obras civis incluindo nesse estudo os possíveis atrasos devido ao volume de obras VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO Além das condicionantes citadas alguns traçados podem também estar LIMITADOS à existência de elementos característicos do relevo ou problemas geológicos que determinem pontos de passagem obrigatórios ou que devam ser evitados como áreas que contornam elevações íngremes áreas a montante de grotas acentuadas seções mais estreitas de rios travessias adequadas de ferrovias eventual aproveitamento de obras civis existentes e outros No caso de elementos característicos do relevo existem quatro situações de traçado que devem ser consideradas traçado de cumeada traçado de vale traçado de garganta e traçado a meia encosta VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO O TRAÇADO DE CUMEADA é aquele que acompanha os pontos mais elevados do terreno Ele tem como vantagem a redução dos custos das obras de drenagem pelo fato da rodovia atravessar terrenos sem a presença de cursos de água Além disso considerando que esse tipo de traçado geralmente passa por terreno com declividade longitudinal favorável ele gera rampas de pequenas inclinações reduzindo os serviços e custos de terraplenagem VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO O TRAÇADO DE VALE é aquele que acompanha a superfície côncava do relevo compreendida entre duas vertentes opostas Devido a essa característica ele tem a vantagem de gerar pouco volume de corte e aterro porém como geralmente acompanha o leito dos rios ou córregos os problemas de drenagem são agravados pelas águas que descem pelas encostas na direção dos cursos dágua aumentando a quantidade e o custo das obras de drenagem VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO O TRAÇADO DE GARGANTA é aquele que atravessa uma região com depressão acentuada da cumeada de uma montanha Esse tipo de traçado é utilizado nas situações de transposição de uma encosta para outra quando se busca evitar a travessia de montanhas com grandes movimentações de terra ou a construção de túneis VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO O TRAÇADO A MEIA ENCOSTA como o próprio nome diz é aquele que acompanha as encostas de montanhas permitindo que a rodovia suba e desça de acordo com as conveniências do projeto evitando grandes movimentações de terra Em geral não apresentam um bom perfil longitudinal e podem exigir obras de contenção de taludes importantes Entretanto existem porque nem sempre espigões e vales estão na direção desejada do traçado VOLUME DE TERRAPLENAGEM E DISTÂNCIAS DE TRANSPORTE TRAÇADO Na escolha do traçado da rodovia inicialmente o projetista pode considerar uma linha reta unindo os pontos extremos do projeto A partir daí deve avaliar as condicionantes citadas e acomodar o traçado em função delas alongando o mínimo possível a extensão da rodovia Realizada a primeira alteração o problema se repete novas retas e curvas podem surgir e novas análises devem ser realizadas até se obter um traçado que satisfaça as questões técnicas ambientais de segurança de conforto e econômicas esperadas para o projeto DEFINIÇÃO DO TRAÇADO FASES DE PROJETO Como qualquer projeto de engenharia o projeto de uma rodovia possui diversas fases Cada uma com seus planejamentos e projetos executivos específicos Destacamse as seguintes fases COLETA DE DADOS DE CAMPO ANTEPROJETO PROJETO BÁSICO PROJETO EXECUTIVO APENAS ALGUMAS DE VÁRIAS FASES DE PROJETO Do ponto de vista geométrico a coleta de dados de campo referese às informações topográficas e cadastrais necessárias para o projeto e execução da via ou seja o estabelecimento da base de dados espaciais do projeto A esta fase de projeto dáse o nome de EXPLORAÇÃO O nível de detalhamento e a qualidade dos dados a serem coletados nesta fase dependerão da etapa de estudo à qual eles se destinam que podem ser dados para o estudo do traçado e anteprojeto ou dados para o desenvolvimento do projeto básico e executivo COLETA DE DADOS DE CAMPO FASES DE PROJETO Independentemente da fase de estudo a base de dados espaciais deverá compor se de informações ALTIMÉTRICAS conjunto de pontos cotados que descrevam a conformação do relevo e de INFORMAÇÕES CADASTRAIS que posicionem e descrevam os elementos geográficos naturais e artificiais existentes na área de projeto Para que os dados geométricos coletados em campo estejam adequados para o projeto de uma rodovia eles são divididos em dados altimétricos e dados planimétricos os quais podem ser coletados em conjunto ou separadamente dependendo do tipo de tecnologia utilizada para as medições topográficas e cadastrais Quando coletados em conjunto dizse popularmente que se realizou um LEVANTAMENTO PLANIALTIMÉTRICO em contraposição aos levantamentos altimétricos ou planimétricos COLETA DE DADOS DE CAMPO FASES DE PROJETO Muitas vezes ao se iniciar os estudos de uma região para implantação de uma rodovia surgem várias faixas de terreno aparentemente adequadas para a localização do traçado Escolhidas as áreas que serão avaliadas e coletados os dados de campo fazse as análises dos custos e benefícios de cada traçado Para que essas avaliações sejam possíveis são desenvolvidos projetos individuais preliminares denominados ANTEPROJETOS Assim geralmente se executa um anteprojeto para cada uma das faixas selecionadas Com os dados obtidos nesta fase é possível alcançar uma primeira avaliação dos custos e benefícios dos diversos anteprojetos propostos e assim eleger aquele mais adequado para ser transformado em projeto básico ANTEPROJETOS FASES DE PROJETO O principal objetivo do anteprojeto é AUXILIAR NA TOMADA DE DECISÃO sobre qual traçado adotar Por isso ele deve apresentar todos os detalhes que permitam estabelecer comparações entre as possíveis alternativas de traçados O grau de precisão e detalhamento dos dados de campo para esta fase de projeto deve ser aquele que permita uma avaliação econômica de cada traçado estudado Em geral recomendase que a execução de um anteprojeto geométrico considere alguns elementos de projeto ANTEPROJETOS FASES DE PROJETO Com base nas informações levantadas e análises das soluções possíveis para os diversos problemas encontrados na fase de anteprojeto escolhese o traçado mais conveniente Em seguida tomando o anteprojeto aprovado como base partese para a execução do PROJETO BÁSICO o qual consiste do detalhamento do anteprojeto tendo em vista a construção definitiva da rodovia Desta forma o projeto básico da rodovia será o conjunto de todos os projetos parciais completados por memórias de cálculo justificativas de soluções adotadas quantificação de serviço especificações de materiais métodos de execução quando necessário e orçamentos PROJETO BÁSICO FASES DE PROJETO Nesta fase de projeto são escolhidos e calculados todos os elementos necessários para a perfeita definição dos alinhamentos horizontais do greide e das seções transversais da rodovia Paralelamente à elaboração do projeto geométrico são também executados projeto de terraplenagem drenagem superestrutura pavimentação obras civis paisagismo sinalização serviços complementares e outros complementados por um orçamento detalhado dos custos envolvidos nesta fase de projeto PROJETO BÁSICO FASES DE PROJETO O PROJETO EXECUTIVO consiste no detalhamento das informações geométricas dos vários elementos da rodovia de forma a permitir que os processos construtivos e os equipamentos de construção sejam escolhidos e aplicados sem ambiguidades construtivas Há casos em que nesta fase de projeto seja ainda necessária a coleta de dados mais precisos e mais detalhados do que as fases anteriores Esse é o caso por exemplo das informações específicas para a construção da infraestrutura de pontes viadutos e túneis Com o projeto executivo finalizado temse o orçamento completo da obra e todas as informações necessárias para que ela seja implantada a contento PROJETO EXECUTIVO FASES DE PROJETO Todo projeto de engenharia é representado por um desenho técnico na forma digital ou seja em ambiente computacional com o auxílio de programas de computação gráfica CAD No caso de rodovias a representação gráfica tradicional do projeto geométrico é realizada por meio de um conjunto de desenhos denominados PLANTA PERFIL LONGITUDINAL E SEÇÕES TRANSVERSAIS REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO Representação gráfica do projeto geométrico de uma rodovia FASES DE PROJETO A PLANTA é a representação gráfica da projeção do traçado da rodovia sobre o plano horizontal A sua representação se faz sobre a planta topográfica do terreno de maneira a mostrar todas as interferências com os acidentes geográficos e os elementos cadastrais do terreno REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO Exemplo de uma planta de um trecho de rodovia FASES DE PROJETO O PERFIL LONGITUDINAL é a representação gráfica da interseção do traçado da rodovia com a superfície cilíndrica vertical que contém o eixo principal da rodovia REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO Exemplo de um perfil longitudinal de um trecho de rodovia FASES DE PROJETO As SEÇÕES TRANSVERSAIS são representações gráficas de cortes feitos em planos verticais definidos perpendicularmente ao eixo da rodovia e equidistantes REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO Exemplo de uma seção transversal de um trecho de rodovia