Transporte e Logística: Infraestrutura Rodoviária no Brasil

TRANSPORTE E LOGÍSTICA Marcus Vinícius Paula de Lima e Paloma Morais de Souza 2 SUMÁRIO 1 PAVIMENTAÇÃO E TERRAPLENAGEM 3 2 COMPONENTES DO SISTEMA RODOVIÁRIO 28 3 FERROVIAS 55 4 PROJETO GEOMÉTRICO DE VIAS 80 5 AERÓDROMOS E HELIPONTOS 104 6 PORTOS E VIAS NAVEGÁVEIS 127 3 1 PAVIMENTAÇÃO E TERRAPLENAGEM Apresentação Neste bloco será apresentado o cenário da infraestrutura rodoviária no Brasil com enfoque para os serviços de pavimentação e terraplenagem fundamentais para o bom andamento e desempenho das obras rodoviárias O objetivo deste bloco é apresentar aos alunos os conceitos básicos necessários para que atuem em obras de infraestrutura rodoviária setor repleto de oportunidades para a engenharia civil no Brasil Para isso serão apresentados os tipos de pavimentos existentes e na sequência detalhados os pavimentos de concreto de cimento Portland e os pavimentos asfálticos com a determinação das faixas granulométricas recomendadas pelo DNIT e a apresentação do método de dosagem Marshall para a determinação do teor ótimo de ligante de misturas asfálticas Por fim serão apresentadas as camadas que constituem o pavimento e as atividades de terraplenagem com os equipamentos essenciais para a execução dos serviços 11 Infraestrutura rodoviária no Brasil De acordo com pesquisas da Confederação Nacional de Transportes CNT o transporte rodoviário é responsável por 95 da movimentação de passageiros e mais de 60 do transporte de cargas no Brasil Esses dados chamam a atenção para a necessidade de reequilíbrio da matriz de transportes nacional com investimentos para um maior desenvolvimento de setores de grande potencial como o ferroviário e aquaviário Além disso deixam evidentes a importância da infraestrutura rodoviária para o cenário econômico brasileiro CNT 2019 No Brasil existem 251 km de rodovias pavimentadas para cada 1000 km² de área valor pequeno quando comparado à realidade de outros países de grande extensão territorial como os Estados Unidos 4378 km1000 km² e a China 4521 km1000 4 km² o que reflete a necessidade e o potencial de expansão da malha rodoviária pavimentada Além disso fazemse necessários investimentos para a recuperação das rodovias já existentes visto que de acordo com a pesquisa CNT 2019 59 dos trechos analisados foram classificados como em estado regular ruim ou péssimo sendo que a pesquisa avaliou toda a malha rodoviária federal e trechos considerados estratégicos para a movimentação de cargas e passageiros nas malhas estaduais A necessidade de recuperação das vias existentes e de expansão da malha rodoviária leva a discussões sobre a necessidade do controle de alguns fatores exógenos que aceleram a deterioração do pavimento como o crescimento desenfreado da frota de veículos e a sobrecarga com que circulam pelas rodovias já que estudos realizados pela AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials mostraram que há uma relação exponencial de quarta potência entre as cargas por eixo dos veículos e a deterioração dos pavimentos Além disso é necessário que sejam discutidas as técnicas de pavimentação a serem utilizadas nas próximas obras já que um dos problemas encontrados no Brasil relacionados à estrutura do pavimento é o não atendimento às exigências técnicas quanto à qualidade dos materiais empregados no revestimento e a capacidade de suporte das camadas da infraestrutura muitas vezes originado de falhas construtivas que levam a um processo de aceleração das deformações Em um cenário com a perspectiva de muitas obras para melhoria da infraestrutura nacional a necessidade de engenheiros preparados para solucionar os problemas que virão a surgir é evidente sendo portanto uma das áreas de atuação com grande potencial para absorver os profissionais que queiram ingressar no mercado de trabalho No entanto as oportunidades nem sempre estão perto dos grandes centros já que nessas localidades a infraestrutura de transportes é mais desenvolvida Regiões como o centrooeste do país devido à grande produtividade de grãos que necessitam ser escoados até o litoral e a região norte que vem sendo cada vez mais explorada para o escoamento da produção provenientes dos estados do Amazonas Mato Grosso e Pará têm grande potencial para o desenvolvimento de infraestrutura 5 Portos como o de MiritubaPA SantarémPA e ItacoatiaraAM vem ganhando cada vez mais representatividade na exportação de insumos sendo necessário que a infraestrutura dessas regiões se desenvolva para atenderem às elevadas demandas 12 Classificação das rodovias Existem quatro classificações de rodovias no Brasil relacionadas aos seguintes critérios a Classificação funcional b Classificação quanto à jurisdição c Classificação técnica d Classificação quanto à posição geográfica válida para rodovias nacionais Cada uma dessas classificações será apresentada em detalhes na sequência a Classificação funcional A classificação funcional agrupa as rodovias de acordo com a mobilidade de tráfego que exercem na malha rodoviária dividindoas em sistemas arterial coletor e local Sistema arterial as rodovias pertencentes a este sistema são caracterizadas por proporcionarem um alto nível de mobilidade para grandes volumes de tráfego tendo como principal função atender às demandas de viagem de longa extensão interestadual ou internacional Sistema coletor as rodovias pertencentes a este sistema são caracterizadas por atenderem a demandas de centros geradores de tráfego de menor vulto ou núcleos populacionais que não são atendidos pelos sistemas arteriais Tem como função básica atender às demandas e necessidades dos usuários dentro de uma área específica Sistema local rodovias de pequena extensão caracterizadas por atenderem ao tráfego intramunicipal de pequenas localidades e áreas rurais conectandoas a rodovias de maior vulto b Classificação quanto à jurisdição 6 A classificação quanto à jurisdição define qual o órgão responsável pelas atividades de construção e manutenção e pela responsabilidade técnica e financeira de determinado trecho da rodovia podendo ser divididas em federais estaduais municipais e vicinais Federais são as rodovias que estão sob jurisdição do Governo Federal compostas em geral por vias arteriais que quase sempre atravessam mais de um estado As atividades de construção e manutenção dessas rodovias são de responsabilidade do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT ou da Agência Nacional de Transportes Terrestres ANTT Estaduais são as rodovias que iniciam e terminam dentro do mesmo estado tendo como função conectar as cidades desse estado e a sua capital As atividades de construção e manutenção dessas rodovias são de responsabilidade do Departamento de Estradas de Rodagem DER de cada estado ou de órgãos reguladores estaduais com funções semelhantes Municipais são estradas de interesses de um munícipio ou dos munícipios vizinhos sendo construídas e mantidas pelos governos municipais Vicinais são estradas municipais locais pavimentadas ou não com padrão modesto e de uma só pista São muito utilizadas para o escoamento de safras agrícolas e muitas vezes estão localizadas em propriedades privadas c Classificação técnica A classificação técnica agrupa as rodovias de acordo com o volume diário médio VDM em um horizontepadrão adotado como o de dez anos após a abertura ao tráfego da via A divisão é realizada entre as classes 0 I II III e IV Classe 0 diz respeito às rodovias de maior padrão técnico sempre asfaltadas e caracterizadas pelo controle total de seus acessos com cruzamentos em desnível e bloqueio aos pedestres A escolha das rodovias que integraram essa classe é de responsabilidade dos órgãos competentes pelas decisões administrativas Como exemplo de rodovia classe 0 no Brasil pode ser citada a Rodovia dos Bandeirantes que faz a ligação da cidade de CampinasSP até São Paulo capital do estado 7 Classe I as rodovias desta classe são subdivididas em classe IA dupla e classe IB simples A classe IA é caracterizada por possuir pista dupla e controle parcial de acesso O número total de faixas é função do VDM previsto para o décimo ano de projeto Já a classe IB agrupa rodovias de alto padrão porém em pista simples sendo indicadas para VDM no anohorizonte maiores que 1400 veículos bidirecionais Vale ressaltar que a necessidade de duplicação de rodovias de pista simples ocorre quando o nível de serviço dessas rodovias passa a ser inferior ao nível C para regiões planas ou onduladas e ao nível D para regiões montanhosas ou urbanas Classe II diz respeito a rodovias de pista simples que suportam volume diário médio no anohorizonte de projeto entre 700 e 1400 veículos bidirecionais Classe III diz respeito a rodovias de pista simples que suportam volume diário médio no anohorizonte de projeto entre 300 e 700 veículos bidirecionais Classe IV diz respeito a rodovias de pista simples que suportam volume diário médio no anohorizonte de projeto inferior a 300 veículos bidirecionais d Classificação quanto à posição geográfica As rodovias federais brasileiras são identificadas pela sigla BRXXXYY A centena representada pelas três letras X indica a numeração da rodovia enquanto as duas letras Y correspondem ao estado da federação onde determinado trecho está implantado Exemplo BR163PR trecho da BR163 localizado no estado do Paraná O primeiro algarismo da centena define a direção dominante da rodovia enquanto os dois últimos informam a posição da rodovia em relação à capital federal e aos limites extremos do país A classificação quanto à posição geográfica divide as rodovias em radiais longitudinais transversais diagonais e de ligação 8 Radiais as rodovias classificadas como radiais têm como origem comum a cidade de Brasília São caracterizadas por ligarem as principais cidades e capitais estaduais à capital federal sendo que a numeração inicia com o número 0 e varia de 005 a 095 no sentido horário Ex BR020 que liga as cidades de BrasíliaDF e FortalezaCE Longitudinais as rodovias classificadas como longitudinais têm direção geral NorteSul São caracterizadas por iniciarem com o número 1 variando de 100 a 199 com numeração crescente de leste para oeste sendo que em Brasília a numeração é 150 Ex BR163 que liga o estado do Rio Grande do Sul até o Pará Transversais as rodovias classificadas como transversais têm direção geral LesteOeste São caracterizadas por iniciarem com o número 2 variando de 200 no extremo norte até 299 no extremo sul sendo que a numeração em Brasília é 250 Ex BR230 Transamazônica Diagonais são caracterizadas por iniciarem com o número 3 As rodovias pares têm direção NoroesteSudeste e as ímpares direção NordesteSudoeste A numeração vai de 300 para as rodovias diagonais no extremo Noroeste até 399 9 para as rodovias diagonais no extremo sudeste Ex BR364 que liga o Estado do Acre até São Paulo Fonte das imagens httpswwwgovbrdnitptbrrodoviasrodoviasfederaisnomeclaturadas rodoviasfederais Ligações as rodovias classificadas como de ligação são aquelas que conectam pontos importantes das outras classes de rodovias como por exemplo uma rodovia longitudinal à outra diagonal São caracterizadas por iniciarem com o número 4 com numeração de 400 a 450 se a ligação estiver ao norte de Brasília e de 451 a 499 para ligações ao sul da capital federal Ex BR408 que liga NavegantesSC até CamaquãRS 13 Tipos de pavimentos De acordo com Bernucci et al 2008 pavimento é uma estrutura de diversas camadas com espessuras finitas construído sobre a superfície final da terraplenagem que tem como função receber as cargas impostas pelo tráfego de veículos e redistribuir para os solos Deve também resistir às intempéries e propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento com conforto segurança e economia No pavimento são colocados em contato materiais de diferentes deformabilidades e resistências resultando em um elevado grau de complexidade no cálculo de tensões e deformações atuantes De uma forma geral os pavimentos são classificados em rígidos ou flexíveis de acordo com a sua rigidez e distribuição de tensões Pavimento rígido constituído por lajes de concreto de cimento Portland que tem uma elevada rigidez quando comparada com as demais camadas o que faz com que os esforços provenientes do carregamento sejam em grande parte absorvidos pelo revestimento o qual exerce também a função de base da estrutura Pavimento flexível constituído por revestimentos asfálticos à base de ligantes betuminosos sendo compostos por camadas deformáveis de rigidez decrescente A 10 distribuição de tensões acontece de maneira aproximadamente equivalente entre as camadas e os esforços são transmitidos ao subleito de forma mais pontual Fonte httpswwwnucleodoconhecimentocombrengenhariacivilmetodosdepavimentacao Figura 11 Distribuição de cargas em pavimentos rígidos e flexíveis Nos pavimentos rígidos como a camada de revestimento é responsável por absorver a maior parte dos esforços utilizase usualmente apenas uma camada denominada de subbase entre o revestimento e o subleito Na execução desses pavimentos é realizado o corte de juntas de retração para evitar o trincamento das placas e são dispostas barras de transferência de forma a transmitir os esforços de uma placa para outra fazendo com que trabalhem em conjunto para resistir ao carregamento Nos pavimentos flexíveis a composição das camadas é usualmente dividida em subleito subbase base e revestimento asfáltico sendo que dependendo do solo da região faz se necessário o uso de um reforço de subleito Quando a espessura do revestimento dimensionada é superior à capacidade de compactação dos equipamentos disponíveis a execução da camada asfáltica é dividida em duas etapas camada de ligação ou binder e camada de revestimento que podem ter faixas granulométricas diferentes 11 Fonte Bernucci et al 2008 Figura 12 Estrutura típica de pavimentos rígidos à esquerda e flexíveis à direita Existem ainda os pavimentos classificados como semirrígidos que são aqueles que possuem revestimento asfáltico sobre uma base cimentada e também os revestimentos por calçamento classificados como flexíveis mas que não são compostos por materiais betuminosos como é o caso da alvenaria poliédrica e dos paralelepípedos Nos próximos tópicos serão abordados com mais detalhes os pavimentos de concreto de cimento Portland e os revestimentos asfálticos exemplos principais respectivamente de pavimentos rígidos e flexíveis 14 Pavimentos de concreto de cimento Portland Os pavimentos de concreto de cimento Portland são caracterizados pela alta rigidez propriedade característica de materiais cimentícios Esse tipo de pavimento foi bastante utilizado no Brasil nas décadas de 1920 a 1950 quando foram construídas obras importantes como por exemplo a estrada conhecida como caminho do mar entre Riacho Grande e Cubatão no estado de São Paulo e a subida da Serra de Petrópolis no estado do Rio de Janeiro A partir da Segunda Guerra Mundial a produção de cimento passou a ser direcionada para as obras de edificações já que havia uma necessidade de reconstituição dos locais devastados pelos conflitos Esse fator juntamente com os preços baixos do asfalto na época levou a um direcionamento para execução de pavimentos asfálticos que ganharam cada vez mais espaço e atualmente representam cerca de 95 da malha rodoviária pavimentada brasileira CNT 2019 Nas últimas duas décadas no entanto os pavimentos de concreto de cimento Portland vêm aos poucos retomando o seu espaço devido a alguns fatores como Aumentos sucessivos no preço do asfalto que fizeram com que os pavimentos de concreto passassem a ser novamente competitivos do ponto de vista econômico 12 Avanços em termos de métodos executivos com a aquisição de pavimentadoras de concreto de formas deslizantes e usinas dosadoras de grande capacidade que aumentam bastante a produtividade dos serviços Figura 13 Utilização de técnicas de reciclagem e incorporação de concreto que estão aos poucos resolvendo o problema do que se fazer com as placas de concreto depois do fim da vida de serviço Evolução dos métodos de manutenção e reparos que estão prolongando ainda mais a vida útil desses pavimentos Fonte Marcus Lima Figura 13 Execução de pavimentos de concreto de cimento Portland com pavimentadora de formas deslizantes na BR163364070 MT A combinação desses fatores vem fazendo com que obras que foram inicialmente projetadas em pavimentos asfálticos fossem executadas em pavimentos de concreto de cimento Portland após passarem por uma avaliação de viabilidade técnica e econômica Como exemplo podem ser citadas as obras na BR151 na Bahia BR 163364 no Mato Grosso e BR386 no Rio Grande do Sul Além da aplicação em rodovias os pavimentos de concreto também são utilizados na malha viária urbana principalmente em corredores e paradas de ônibus pontos estes que estão sujeitos frequentemente à ação da frenagem e aceleração de veículos pesados Para essas condições a escolha por um pavimento menos deformável que apresente maior vida útil e menor necessidade de manutenções se torna atrativa já 13 que no caso dos pavimentos asfálticos a necessidade de operações tapaburacos é frequente o que acaba prejudicando os usuários da via Outra aplicação usual dos pavimentos de concreto de cimento Portland ocorre no pátio de manobras de aeroportos devido à grande carga estática imposta ao pavimento Além da maior durabilidade e da pequena necessidade de manutenções outras vantagens na utilização de pavimentos de concreto envolvem a redução da temperatura e da iluminação pública do ambiente onde está sendo aplicado pois sua coloração clara reflete os raios solares e as luzes que incidem sobre ele característica que impacta diretamente no consumo de energia Além disso por ser texturizado na própria execução não cria condições de aquaplanagem e promove a redução das distâncias de frenagem melhorando assim as condições de segurança ao usuário Nos pavimentos de concreto o tempo mínimo de projeto estipulado é de 20 anos não sendo escassos os exemplos de pavimentos que tiveram duração próxima de 50 anos Na elaboração dos projetos podem ser previstas placas com ou sem a presença de armadura Em pavimentos de concreto simples sem armadura a flexão nas placas leva à presença de esforços de tração principal parâmetro para controle de resistência e deformação nesse tipo de estrutura Já nos pavimentos de concreto armado a tração deve obrigatoriamente ser absorvida pelo aço e nesse caso a espessura de concreto pode ser reduzida No Brasil os pavimentos de concreto são comumente concebidos em pavimentos de concreto simples com juntas serradas de contração apesar de existirem estudos e aplicações de pavimentos de concreto armado e continuamente armado em ambientes urbanos Fonte JN 999 Shuterstock 14 Figura 14 Pavimento de concreto simples com juntas serradas de contração 15 Revestimentos asfálticos Os revestimentos asfálticos são usualmente utilizados como camada superior nos pavimentos flexíveis com a função de resistir diretamente ao tráfego e transmitir os esforços de maneira atenuada para as camadas inferiores além de melhorar as condições de rolamento e impermeabilizar a estrutura Os revestimentos asfálticos podem ser classificados de acordo com os materiais constituintes e a forma de aplicação como pode ser observado na Figura 15 Figura 15 Classificação dos revestimentos asfálticos Fonte Autores No processo por penetração os agregados e o ligante são colocados separadamente na pista e na sequência compactados formando uma única camada devido à penetração dos ligantes nos vazios deixados entre os agregados Essa modalidade é subdividida de acordo com a execução em revestimentos por penetração direta e invertida Penetração direta os agregados são espalhados e compactados na pista para posterior aplicação do ligante betuminoso recebendo por fim uma última aplicação de agregados miúdos Como exemplo de revestimentos por penetração direta podem ser citados os macadames betuminosos Penetração invertida executada por meio da aplicação de uma ou mais camadas de ligantes betuminosos seguido pelo espalhamento e compactação sucessiva de igual número de camadas de materiais granulares Como exemplo de revestimentos por penetração invertida podem ser citados os tratamentos superficiais que de acordo com o número de camadas são divididos em tratamento superficial simples duplo ou triplo 15 Já no revestimento por mistura o agregado é préenvolvido com o material asfáltico e a mistura pronta é lançada sobre a base do pavimento para posterior compactação De acordo com manual de pavimentação do DNIT 2006 quando esse pré envolvimento é realizado em usinas fixas as misturas asfálticas são denominados pré misturados propriamente ditos e quando feito na própria pista prémisturados na pista do inglês road mixes Conforme o processo construtivo os revestimentos por mistura ainda são classificados em prémisturados a frio quando os tipos de agregados e ligantes utilizados possibilitam o espalhamento à temperatura ambiente e prémisturados a quente quando o ligante e os agregados são espalhados na pista ainda quentes Há ainda uma classificação em relação ao tipo de graduação do agregado utilizado podendo ser aberta ou densa Dentre os materiais constituintes dos revestimentos asfálticos se destaca o Concreto Betuminoso Usinado à Quente CBUQ designação feita para prémisturados a quente de graduação densa submetidos a exigências de granulometria teor de betume estabilidade e vazios O CBUQ é o material mais utilizado para a pavimentação de rodovias no Brasil e nos próximos tópicos serão apresentadas as faixas granulométricas utilizadas pelo DNIT e o método de dosagem Marshall utilizados para determinar a proporção dos componentes da mistura que dão origem a esse tipo de revestimento 16 Faixas granulométricas para CBUQ Na pavimentação asfáltica todas as camadas que compõe o pavimento reforço sub base base e revestimento possuem importante função dentro da estrutura projetada Porém a camada de revestimento asfáltico é a mais solicitada pelos esforços e pela ação do intemperismo já que fica permanentemente exposta às cargas de tráfego Essa camada é composta pela mistura de materiais granulares material de enchimento e ligante asfáltico em proporções adequadas de acordo com a finalidade que se deseja ao pavimento 16 Na usinagem do CBUQ existe uma sequência de fatores que atuam simultaneamente para produzir uma mistura com desempenho adequado entre eles a maneira como os constituintes reagem quando são colocados em conjunto Dessa forma a proporção de cada material utilizado possui influência direta no comportamento que o revestimento asfáltico terá quando solicitado ao tráfego Segundo a norma DNIT 0312006 ES a composição da mistura asfáltica para CBUQ deve satisfazer as condições da Tabela 11 com as respectivas tolerâncias no que se refere à granulometria e aos percentuais de ligante asfáltico determinados pelo projeto da mistura Inicialmente devem ser realizados ensaios de granulometria de cada um dos agregados constituintes da mistura asfáltica cujos resultados são utilizados para determinação da porcentagem de cada material que deve ser utilizada para obedecer aos limites da norma A escolha pela faixa A B ou C varia de acordo com a aplicação que se deseja para a mistura asfáltica conforme mostrado na última linha da Tabela 11 Tabela 11 Faixas granulométricas de mistura Peneiras em massa passando Série Abertura mm A B C Tolerânci as 2 508 100 1 12 381 95 100 100 7 1 254 75 100 95 100 7 34 191 60 90 80 100 100 7 12 127 80 100 7 38 95 35 65 45 80 70 90 7 Nº 4 48 25 50 28 60 44 72 5 Nº 10 2 20 40 20 45 22 50 5 Nº 40 042 10 30 10 32 8 26 5 Nº 80 018 5 20 8 20 4 16 3 Nº 200 0075 1 8 3 8 2 10 2 Asfalto Solúvel no CS2 40 70 Camada de Ligação Binder 45 75 Camada de ligação e rolamento 45 90 Camada de rolamento 03 Fonte adaptado de DNIT 0312006ES 2006 17 Método de dosagem Marshall 17 O método de dosagem mais utilizado no Brasil e no mundo para a determinação da quantidade ótima de ligante asfáltico a ser utilizado na mistura asfáltica é o método de dosagem Marshall que considera como parâmetros valores admissíveis empíricos para a estabilidade e fluência De acordo com a Norma DNERME 04395 que regulamenta o método de dosagem Marshall no Brasil Estabilidade Marshall é a resistência máxima à compressão radial apresentada pelo corpo de prova quando moldado e ensaiado de acordo com o processo estabelecido neste método Já a Fluência Marshall é a deformação total apresentada pelo corpo de prova desde a aplicação da carga inicial nula até a carga máxima Na prática a estabilidade é a capacidade da mistura deformarse sob a ação das cargas enquanto a fluência é a deformação sofrida pela mistura quando submetida a uma tensão constante A metodologia utilizada pela dosagem Marshall é a moldagem de corpos de prova com teores de asfalto crescente Na prática um valor de referência para a quantidade de amostras seria a utilização de 5 teores de asfalto com três corpos de prova para cada teor Esses corpos de prova devem ter massa total ou seja massa dos ligantes somada a dos agregados de aproximadamente 1200 gramas No ensaio é utilizado um compactador de impacto o qual submete o corpo de prova a esforços de compressão É normatizado a aplicação de 75 golpes em cada face da amostra obtendo por fim amostras com aproximadamente 635 mm de altura e 100 mm de diâmetro Na dosagem pelo Método Marshall são considerados e aferidos os seguintes parâmetros volumétricos Densidade Aparente da Mistura d Densidade da mistura levando em consideração os vazios com ar Densidade Máxima Teórica da mistura DMT Densidade da mistura sem os vazios Porcentagem de vazios da mistura Vv Volume total de ar existente entre as partículas de agregados envolvidos pelo ligante em uma mistura compactada com relação ao volume total da mistura Porcentagem de Vazios do Agregado Mineral VAM Porcentagem do volume do espaço intergranular que inclui o volume de ar e o asfalto de uma mistura compactada com relação ao volume total da mistura Relação Betume Vazios RBV Porcentagem do 18 volume de VAM que é preenchido com o asfalto As equações 11 a 16 são utilizadas para a obtenção de todos os parâmetros volumétricos Equação 11 Densidade Aparente da Mistura DA Em que Mar Massa do corpo de prova ao ar Mimersa Massa do corpo de prova imerso em água Equação 12 Densidade Máxima Teórica da mistura DMT Em que Ag Porcentagem de agregado graúdo Am Porcentagem de agregado miúdo ou fino f Porcentagem de fíler b Porcentagem de betume df Densidade do fíler db Densidade do betume Equação 13 Porcentagem de Vazios da Mistura Vv Equação 14 Porcentagem de Volume de Betume Vb Equação 15 Vazios no Agregado Mineral VAM Equação 16 Relação Betume Vazios RBV 19 De acordo com a norma DNIT 0312006 ES o teor ótimo de ligante deve atender à porcentagem de vazios à relação betume vazios e aos valores de estabilidade e resistência à tração por compressão diametral mostrados na Tabela 12 Tabela 12 Critérios estabelecidos para misturas asfálticas Características Camada de Rolamento Camada de Ligação Porcentagem de Vazios 3 a 5 4 a 6 Relação Betume Vazios 75 82 6572 Estabilidade mínima Kgf 500 500 Resist à tração por comp diametral MPa 065 065 Fonte adaptado de DNIT 0312006 ES 2006 As misturas devem atender também às especificações de vazios do agregado mineral que variam de acordo com o diâmetro máximo do agregado empregado conforme mostrado na Tabela 13 Tabela 13 Porcentagem mínima de vazios de agregado mineral Diâmetro máximo VAM mínimo ABNT mm 1 12 381 13 1 254 14 34 191 15 12 127 16 38 95 18 Fonte adaptado de DNIT 0312006 ES 2006 Na prática são traçadas curvas de volume de vazios e relação betume vazios em função do teor de ligante como mostrado na Figura 16 O teor ótimo de ligante adotado é a média dos teores de asfalto correspondentes a 4 de Vv e 785 de RBV valores médios do intervalo da norma conforme mostrado na Tabela 14 desde que atendam aos demais requisitos mostrados nas Tabelas 12 e 13 20 Fonte adaptado de Lima et al 2021 Figura 16 Relação betumevazios e volume de vazios em função do teor de ligantes Tabela 14 Teor ótimo de asfalto adotado Características Camada de Rolamento Valor Adotado Teor de asfalto Teor médio Teor adotado Porcentagem de Vazios 3 a 5 4 61 615 610 Relação BetumeVazios 75 a 82 785 62 Fonte adaptado de Lima et al 2021 A dosagem correta do teor ótimo de ligante é fundamental para o bom desempenho do pavimento já que teores acima do ótimo fazem com que o ligante atue como lubrificante entre as partículas levando à redução do atrito interno o que torna a estrutura mais suscetível à ocorrência de deformações permanentes e exsudação Já um teor abaixo do ótimo faz com que o volume de vazios seja maior do que o necessário o que afeta a capacidade do revestimento em absorver os esforços solicitantes 18 Terraplenagem para a construção de estradas A terraplenagem engloba todas as atividades de movimentação de terra realizadas para a conformação do terreno natural ao projeto geométrico da via No geral essa movimentação de material pode ser dividida em basicamente dois serviços cortes e aterros 21 Cortes as atividades de corte envolvem a escavação do terreno natural para rebaixar o seu nível sendo necessárias quando o greide da pista está posicionado abaixo da cota inicial do terreno Aterros as atividades de aterro envolvem a deposição e compactação de materiais provenientes de jazidas para levantar o nível do terreno natural São utilizados quando o greide da pista está posicionado acima da cota inicial do terreno Fonte Marcus Lima Figura 17 Execução de cortes acima e aterros abaixo em obras de pavimentação Greide da pista 1 e cota do terreno natural 2 Na execução de obras de terraplenagem além das atividades de conformação do terreno de acordo com o projeto geométrico tornamse necessárias outras operações como a definição de áreas de empréstimos solo para ser utilizado nos aterros e bota foras solo que precisa ser retirado nas atividades de corte e dos caminhos de serviços 22 que os maquinários devem percorrer As áreas de empréstimos e botaforas e a definição dos caminhos de serviço devem ser realizados de maneira a minimizar o impacto ambiental à região de implantação da obra 19 Subleito e demais camadas da pavimentação Além da camada de revestimento os pavimentos flexíveis são compostos por camadas granulares posicionadas entre o subleito e o revestimento que tem como objetivo dar sustentação à estrutura e auxiliar a camada superficial a absorver as solicitações do tráfego Acima do subleito as camadas que podem estar presentes no pavimento são reforço de subleito subbase e base Subleito é considerado o terreno de fundação do pavimento sendo constituído por material natural consolidado e compactado no caso da execução de cortes ou por material transportado e compactado no caso dos aterros É considerada a última camada de terraplenagem já que as demais camadas constituem o pavimento propriamente dito Regularização do subleito não é propriamente uma camada do pavimento podendo ser definida como a operação para conformação do subleito transversal e longitudinalmente de acordo com as especificações e inclinações de projeto Reforço do subleito camada utilizada quando a composição do subleito não for adequada para a fundação do pavimento Consiste em uma camada de espessura constante com características geotécnicas melhores que a do subleito porém inferiores à da camada posta imediatamente acima Subbase camada opcional utilizada para minimizar a espessura necessária da camada de base já que esta eventualmente pode ter custos elevados principalmente quando são utilizados materiais cimentícios ou tratados granulometricamente Base camada utilizada para resistir e distribuir os esforços causados pelas solicitações do tráfego sobre a qual é executada a camada de revestimento 23 É importante destacar que o subleito a base e o revestimento são camadas obrigatórias no dimensionamento de pavimentos flexíveis Já as camadas de reforço de subleito e subbase podem ou não estar presentes sendo que a camada de reforço é utilizada devido a uma questão técnica quando o solo da região não é capaz de suportar os esforços solicitantes e a camada de subbase devido a uma questão econômica com o intuito de reduzir a espessura da base 110 Equipamentos utilizados nos serviços de terraplenagem Na realização das atividades de terraplenagem alguns equipamentos são essenciais para o bom andamento dos serviços Podemos citar como exemplo os caminhões basculantes as escavadeiras pás carregadeiras motoniveladoras tratores esteira e rolos compactadores Na sequência será feita uma breve abordagem sobre cada um desses equipamentos Fonte PetraMenclovaCZ Shutterstock Caminhão basculante utilizado para a movimentação dos materiais das camadas de terraplenagem e pavimentação por longas distâncias seja para trazêlos das áreas de empréstimo ou para leválos até os botaforas O carregamento dos caminhões depende de outros equipamentos como as pás carregadeiras ou escavadeiras enquanto o descarregamento ocorre de maneira simples já que cilindros hidráulicos erguem a carroceria do veículo fazendo com que o material desça por gravidade 24 Fonte Wolfilser Shutterstock Escavadeira tem como função básica escavar os mais diversos tipos de materiais e carregar o material escavado em caminhões para o transporte até a obra As escavadeiras são muito utilizadas em obras de terraplenagem para a retirada de solos nas áreas de empréstimos e na realização dos cortes e são caracterizadas por sua mobilidade já que conseguem girar 360 sobre a base de esteiras Fonte Juan Enrique del Barrio Shutterstock Pá carregadeira constituída por um trator esteira ou de rodas com uma caçamba carregadeira frontal São utilizadas para o carregamento de caminhões e para o transporte de materiais em pequenas distâncias Como vantagem em relação às escavadeiras pode ser citado o seu menor peso maior velocidade e maior capacidade da caçamba Fonte ChrisVanLennepPhoto Shutterstock Motoniveladora equipamento de seis rodas constituída por uma lâmina montada entre a cabine e as rodas dianteiras que possui movimentação livre em quase todos os sentidos Devido à alta precisão de movimentação da sua lâmina a motoniveladora é utilizada nos serviços de acabamento regularização e nivelamento de superfícies sendo indispensável nas atividades de terraplenagem 25 Fonte Andrew Ostry Shutterstock Trator esteira equipamento sobre esteiras constituído de uma lâmina frontal cuja função é empurrar grandes quantidades de materiais durante a execução dos serviços O trator esteira é utilizado em obras de terraplenagem para espalhar os montes de materiais descarregados pelos caminhões deixando para a motoniveladora o ajuste final da espessura da camada Fonte Marcus Lima Rolo compactador equipamento utilizado para a compactação das camadas de solo preenchendo os espaços vazios de forma a evitar depressões e outras irregularidades que possam afetar o desempenho do pavimento Podem ser estáticos ou vibratórios com um ou dois cilindros compactadores e com diferentes superfícies de compactação liso pé de carneiro ou pneumático Todos esses equipamentos em conjunto fazem com que seja possível a realização dos serviços de terraplenagem que envolvem a limpeza da vegetação escavação de solos e rochas de cortes naturais transporte de materiais para aterros usinas e botaforas além da construção de aterros com materiais de cortes ou áreas de empréstimo e a compactação de solo e acabamento de superfícies e taludes Conclusão Neste bloco foram abordados tópicos relativos à infraestrutura rodoviária no Brasil com enfoque principal nos serviços de pavimentação e terraplenagem Inicialmente foram apresentados o atual cenário da infraestrutura nacional e as classificações de rodovias brasileiras Após essa abordagem inicial foram mostrados os tipos de pavimentos existentes divididos basicamente em rígidos e flexíveis e as características dos pavimentos de concreto de cimento Portland e dos revestimentos asfálticos 26 apresentando também o método de dosagem para a determinação do teor ótimo de ligante para o último tipo de revestimento Por fim foi realizada uma abordagem a respeito das camadas granulares que compõem o pavimento e os serviços de terraplenagem Podese concluir que o conjunto de conteúdos apresentados é de fundamental importância para a formação do Engenheiro Civil já que o ramo da infraestrutura de transportes é bastante amplo e repleto de oportunidades além de que a infraestrutura rodoviária é a maior responsável na matriz de transporte nacional pela movimentação de cargas e passageiros Referências Bibliográficas ARAÚJO M A et al Análise comparativa de métodos de pavimentação pavimento rígido concreto x flexível asfalto Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento v 10 p 187196 2016 Disponível em httpswwwnucleodoconhecimentocombrengenhariacivilmetodosde pavimentacao Acesso em 8 mar 2021 BERNUCCI L B et al Pavimentação asfáltica formação básica para engenheiros Rio de Janeiro PETROBRAS ABEDA 2008 CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE Pesquisa CNT de rodovias 2019 relatório gerencial Brasília 2019 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES DNITES 0312006 pavimentos flexíveis concreto asfáltico Rio de Janeiro 2006 DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM DNER DNERME 04395 misturas betuminosas a quente ensaio Marshall Rio de Janeiro 1995 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES DNIT Nomenclatura das rodovias federais Disponível em httpswwwgovbrdnitpt brrodoviasrodoviasfederaisnomeclaturadasrodoviasfederais Acesso em 10 mar 2021 27 LIMA M V P et al Análise mecânica da influência da britagem dos seixos rolados para o uso como agregado graúdo em concreto asfáltico Revista Tecnológica Maringá 2021 28 2 COMPONENTES DO SISTEMA RODOVIÁRIO Apresentação O sistema rodoviário apresenta inúmeros componentes que fazem parte da área de atuação do engenheiro civil Neste bloco será comentado sobre os principais deles que envolvem os estudos de tráfego as interseções rodoviárias as obras de arte especiais a sinalização das vias e os elementos de drenagem O objetivo é apresentar aos alunos a importância de cada um desses componentes para o bom funcionamento geral do sistema de transportes Complementarmente ao final deste bloco serão apresentados também aspectos sobre a escolha logística entre os meios de transporte fundamentais para a otimização dos custos e tempos de viagem 21 Carregamento do tráfego Diferentemente das cargas atuantes em estruturas como prédios e residências o carregamento do tráfego é caracterizado pelo seu comportamento cíclico e a frota é essencialmente composta por veículos de passeios caminhões e ônibus Conhecer as cargas que estão atuando na estrutura do pavimento bem como entender as suas formas de atuação é fundamental tanto para o dimensionamento dos pavimentos como para estudos relacionados ao fluxo veicular A seguir são apresentadas as principais configurações de eixos e suas respectivas magnitudes de carga máximas admitidas para os veículos rodoviários Principais configurações para eixos de veículos rodoviários Eixo simples de rodas simples Peso máximo admitido por pneu 3 t Peso máximo admitido por eixo 6 t Eixo simples de rodas duplas Peso máximo admitido por pneu 25 t Peso máximo admitido por eixo 10 t 29 Conjunto de eixos em tandem duplo 4 pneumáticos por eixo Peso máximo admitido por pneu 2125 t Peso máximo admitido por eixo 17 t Conjunto de eixos em tandem triplo 4 pneumáticos por eixo Peso máximo admitido por pneu 2125 t Peso máximo admitido por eixo 255 t Fonte das imagens CONTRAN Resolução n 104 de 21 de dezembro de 1999 Vale ressaltar que em se tratando do dimensionamento e da análise dos pavimentos os veículos de passeio são desconsiderados já que quando comparado aos veículos comerciais rodoviários como caminhões e ônibus os danos gerados são insignificantes devido às diferenças expressivas nos valores das cargas No que diz respeito aos veículos comerciais rodoviários os caminhões podem ser classificados como leves médios ou pesados a depender das configurações dos seus eixos Um caminhão leve tem dois eixos simples com rodas simples equivalentes aos ônibus enquanto um caminhão médio possui um eixo simples frontal com rodas simples e um eixo simples traseiro com rodas duplas Já os caminhões pesados podem possuir o eixo traseiro em tandem reboque semirreboque ou outras configurações A seguir são apresentadas as principais configurações para caminhões utilizadas no Brasil Principais configurações para caminhões no Brasil Caminhão com um eixo simples de rodas simples e um eixo simples de rodas duplas Classe 2C Peso Bruto Total PBT 16 t Caminhão trucado com um eixo simples de rodas simples e um conjunto de eixos em tandem duplo Classe 3C Peso Bruto Total PBT 23 t 30 Caminhão trator semirreboque com um eixo simples de rodas simples e dois eixos simples de rodas duplas Classe 2S1 Peso Bruto Total PBT 26 t Caminhão trator trucado semirreboque com um eixo simples de rodas simples um conjunto de eixos em tandem duplo e um eixo simples de rodas duplas Classe 3S1 Peso Bruto Total PBT 33 t Caminhão trator trucado semirreboque com um eixo simples com rodas simples e dois conjuntos de eixos em tandem duplo Classe 3S2 Peso Bruto Total PBT 40 t Caminhão trator semirreboque com um eixo simples com rodas simples um eixo simples com rodas duplas e um conjunto de eixos em tandem triplo Classe 2S3 Peso Bruto Total PBT 415 t Caminhão trator trucado semirreboque com um eixo simples com rodas simples um conjunto de eixos em tandem duplo e dois eixos simples com rodas duplas Classe 3I2 Peso Bruto Total PBT 43 t Fonte das imagens CONTRAN Resolução n 104 de 21 de dezembro de 1999 Caso um veículo esteja trafegando com cargas superiores às apresentadas existe uma tolerância de 5 em relação ao valor do PBT e de 10 em relação ao peso por eixo 31 caso a primeira condição não seja atendida Por exemplo um veículo classe 2C tem PBT igual a 16 t Considerando a tolerância de 5 o peso bruto total admitido será de 168 t Caso esse mesmo veículo esteja trafegando com carga superior ao previsto na primeira condição será avaliado se o peso por eixo está dentro dos limites tolerados Como um veículo classe 2C possui 1 eixo simples de rodas simples 6 t e 1 eixo simples de rodas duplas 10 t as tolerâncias permitem uma carga máxima de 66 t no eixo dianteiro e 11 t no eixo traseiro totalizando 176 t o que excede em 08 t o valor estabelecido na primeira condição Caso o veículo em questão esteja trafegando com carga superior à permitida na segunda condição deverá pagar multa de peso por excesso em eixos No entanto só será exigido o transbordo parcial da carga descarregamento do que excede aos limites legais se o excesso por eixo for superior a 1250 Ou seja para o veículo 2C é tolerado no eixo dianteiro com rodas simples uma carga de até 675 t e no eixo traseiro com rodas duplas 1125 t totalizando 18 t Dessa forma para que um veículo classe 2C precise fazer o transbordo da sua carga excedente ele deve ser autuado trafegando com uma carga de no mínimo 2 t a mais do que o PBT da classe Sabese que o trânsito veicular com cargas superiores aos limites é muito danoso ao pavimento no entanto evitar esse cenário depende diretamente das fiscalizações feitas por intermédio das balanças rodoviárias e infelizmente ainda há poucas incidências no Brasil já que de acordo com a CNT 2016 existe em média 1 balança para cada 1379 km de rodovias federais pavimentadas 22 Estudo do tráfego Um dos fatores que influenciam no dimensionamento dos pavimentos flexíveis é o tráfego previsto durante a vida útil de serviço da estrutura As cargas que atuam no pavimento ao longo de um período para o qual é projetado são representadas pela ação do ciclo de carregamento e descarregamento em um determinado ponto fixo da superfície de rolamento quando da passagem das rodas dos veículos 32 A cada passagem uma carga consegue gerar efeitos na estrutura do pavimento Esse efeito denominado dano embora seja de pequena magnitude quando é repetido diversas vezes pode significar o fim da vida útil do pavimento por intermédio da sua ruptura Como o carregamento do tráfego é composto por diferentes tipos de eixos e cargas haverá diferentes efeitos ao pavimento Para facilitar a determinação desses efeitos é adotado um eixo padrão caracterizado como um eixo simples de rodas duplas de 82 toneladasforça aproximadamente 80 kN sendo o número de repetições dos eixos dos veículos N determinado conforme a Equação 21 Equação 21 Número de repetições dos eixos dos veículos Em que VDM Volume Diário Médio P número de anos do projeto FE fator de eixo dos veículos FC fator de carga dos veículos A seguir é apresentada uma breve descrição sobre cada um dos fatores necessários para a determinação do número N Número de anos do projeto P o dimensionamento da estrutura do pavimento é realizado considerando um ciclo de vida já que a deterioração da mesma é um processo natural Para pavimentos rodoviários asfálticos geralmente é utilizado um período de 20 anos enquanto para pavimentos de concreto de cimento Portland é usual o período de 50 anos Volume Diário Médio VDM representa o número médio de veículos que trafegam em todos os sentidos de uma estrada A determinação desse índice se dá dividindo o número total de veículos que circularam durante o ano pelo número de dias do ano analisado O VDM pode variar ao longo da vida útil do pavimento 33 Fator de eixo dos veículos FE coeficiente que multiplicado pelo número de veículos que circulam resulta no número de eixos correspondentes Fator de carga dos veículos FC coeficiente que multiplicado pelo número de eixos que circulam resulta no número equivalente de operações do eixo padrão sob o ponto de vista destrutivo 23 Interseções entre rodovias em nível As interseções rodoviárias consistem na área de encontro de duas ou mais vias onde é necessária a implantação de dispositivos para que os veículos tenham a opção de realizar a mudança de uma via para outra com segurança Quando essa mudança ocorre no mesmo nível o dispositivo é considerado uma interseção em nível enquanto a interseção é considerada em desnível quando no cruzamento existem rampas de conexão para os movimentos entre as vias As interseções em nível podem ser divididas de acordo com o número de ramos que fazem parte do cruzamento três ramos quatro ramos ou múltiplos em função da presença ou não do controle de sinalização semafórica e em função das soluções adotadas que serão apresentadas na sequência Tipos de soluções para cruzamento em nível Solução mínima não apresenta nenhum tipo de controle especial e só deve ser utilizada em locais onde o volume horário total nos dois sentidos for inferior a 300 unidades de carro padrão UCP para a via principal e a 50 UCP para a via secundária Gota nesse tipo de interseção é utilizada uma ilha direcional do tipo gota na via de menor tráfego de forma a canalizar o tráfego que chega ou sai da rodovia 34 principal A utilização da ilha melhora as condições de visibilidade e ajuda a controlar o fluxo de tráfego que chega ou sai da rodovia principal além de ajudar na travessia de pedestres Canalizada utiliza ilhas ou outros meios para a regulamentação ou separação dos movimentos de tráfego conflitantes de forma que a rodovia principal passe a ter uma faixa de trânsito exclusiva para giro à esquerda evitando o risco de colisão traseira e facilitando a circulação do tráfego Rótula solução na qual o tráfego se move ao redor de uma ilha central geralmente no sentido antihorário A prioridade de tráfego deve ser sinalizada podendo ser de quem circula a rotatória ou de determinado ramo de acesso Eventualmente podem ser encontradas rótulas vazadas onde o tráfego da via principal atravessa a ilha central enquanto o restante circula no sentido antihorário Fonte das imagens Manual de projeto de interseções DNIT 2005 24 Interseções entre rodovias em desnível As interseções entre rodovias em níveis diferentes podem acontecer com ou sem a troca de fluxo de tráfego entre as vias Quando não há troca são utilizadas estruturas para separação dos greides das vias podendo o cruzamento ser por passagem superior quando a via principal passa por cima da secundária ou inferior no caso da via principal passar sob a outra Quando o cruzamento em desnível possui ramos que 35 conduzem o tráfego de veículos de uma via à outra as interseções são denominadas de interconexões que são classificadas em três tipos básicos Tipos básicos de interconexões Trombeta utilizada para cruzamentos de três ramos onde uma das correntes de tráfego realiza um giro próximo a 270 Tem como vantagem requerer apenas uma obra de arte ter alta capacidade de tráfego e não existir entrelaçamento entre as vias Diamante simples utilizada para cruzamentos de quatro ramos onde a via principal apresenta para cada sentido de tráfego uma saída à direita antes do cruzamento e uma entrada à direita após o mesmo sendo que na via secundária as interseções ocorrem em nível Trevo completo caracterizada pela realização de conversões à esquerda feitas por laços e à direita por conexões externas Em relação à interconexão por diamante simples possui a vantagem de evitar pontos de conflito na rodovia secundária não sendo necessária a utilização de sinalização semafórica Como desvantagem pode ser citada a necessidade de grandes áreas para sua construção Fonte das imagens httpwwwproducaoufrgsbrarquivosdisciplinas42014 intersecoesapresentacaopdf 36 A escolha do tipo de interseção mais adequada depende de uma série de fatores como da classificação funcional da via do tipo de controle de acesso das prioridades de passagem da composição e quantificação do tráfego da disponibilidade de área e de recursos para a execução do cruzamento dentre outros No caso de volumes de tráfego muito elevados a execução de interseções em desnível pode ser a única opção viável O Manual de projeto de interseções do DNIT é uma boa fonte para auxiliar na escolha do tipo de interseção a ser utilizada para cada caso Se a opção for por interseções em desnível o engenheiro deve estar atento à necessidade da concepção de obras de arte para a separação vertical das vias cujos traçados se cruzam assunto que será abordado no próximo tópico deste material 25 Obras de arte especiais OAEs pontes e viadutos As obras de arte especiais são estruturas integrantes da malha rodoviária que requerem projetos específicos devido às suas características peculiares Podem ser citados como exemplos de OAEs as pontes viadutos túneis passarelas de pedestres e as estruturas de contenção que juntas ajudam a viabilizar a construção de estradas em locais que necessitam de algum tipo de cuidado especial seja com a contenção de encostas separação de vias verticais que se cruzam passagem por rios dentre outras aplicações Entre as obras de arte especiais citadas duas estruturas se assemelham por serem construídas para a condução do tráfego sobre obstáculos que impeçam à continuidade de uma via pontes e viadutos Quando esses obstáculos se tratam de rios lagos braços de mar dentre outros que envolvam a passagem sobre a água a OAE é denominada como ponte Já no caso da construção de uma estrutura para transpor outras vias de tráfego vales ou qualquer outro obstáculo que não envolva a passagem pela água a OAE é denominada como viaduto Esses dois elementos são de extrema importância para o controle da capacidade de fluxo das vias visto que caso a largura de uma ponte ou viaduto seja insuficiente para o número de faixas necessárias esses elementos passam a funcionar como limitadores 37 de tráfego Além disso caso ocorra falha nessas estruturas que faça com que fiquem fora de operação por um determinado período o sistema de transportes como um todo fica comprometido já que o tráfego deverá ser desviado para outras rotas enquanto não houver o reparo ou substituição da OAE implicando gastos adicionais de combustível e em termos de tempo de viagem Na Figura 21 é mostrado um exemplo de ponte e outro de viaduto que são fundamentais para o bom andamento do sistema de transporte de duas metrópoles nacionais Rio de JaneiroRJ e São PauloSP Fonte Joao Paulo V Tinoco Shutterstock acima Deni Williams Shutterstock abaixo Figura 21 Ponte RioNiterói no Rio de JaneiroRJ acima e viaduto do Chá em São PauloSP abaixo Outra peculiaridade de obras de pontes e viadutos está relacionada aos custos de construção já que são obras com custos por metro quadrado muito superiores aos gastos na via que o serve Dessa forma são necessários estudos minuciosos sobre a viabilidade de construção elencando os principais benefícios que tal obra pode trazer para os usuários da via além do impacto ambiental gerado de modo a determinar se a relação custobenefício é adequada para sua implantação 38 A estrutura básica dessas duas OAEs é dividida em quatro partes infraestrutura mesoestrutura superestrutura e encontros sendo que cada uma delas será explicada na sequência Infraestrutura constituída pelos elementos estruturais responsáveis por transmitir ao terreno os esforços recebidos da mesoestrutura e dos diversos carregamentos atuantes na obra A transmissão do carregamento deve ocorrer de forma segura e compatível com as características do solo local levando em consideração a interação soloestrutura Mesoestrutura constituída por apoios majoritariamente no sentido vertical responsável pela transmissão dos esforços atuantes na superestrutura para os elementos da infraestrutura da OAE São exemplos de estruturas que fazem parte da mesoestrutura os pilares pórticos e torres Superestrutura envolve todos os elementos acima dos pilares ou pórticos de sustentação Tabuleiro elemento que recebe diretamente as cargas de tráfego Estrutura principal parte destinada a vencer os vãos que recebe as cargas do tabuleiro e distribui para a mesoestrutura Aparelhos de apoio responsáveis por vincular a estrutura principal à mesoestrutura Enrijamentos elementos de contraventamento ou de travamento que conferem maior rigidez à estrutura Juntas de dilatação interrupções estruturais para permitir a movimentação devido às variações de temperatura Dispositivos de proteção barreiras de concreto guardacorpos ou defensas metálicas responsáveis pela proteção de veículos e pedestres Elementos de captação e drenagem responsáveis por escoar a água das chuvas 39 Placas de transição lajes de concreto armado apoiadas nos encontros responsáveis por propiciar uma transição segura e confortável entre OAE e rodovia Encontros elementos estruturais responsáveis pela transição entre a obra de arte especial e a via de tráfego São exemplos de estruturas de encontro os apoios extremos da obra e os elementos de contenção e estabilização dos aterros de acesso Fonte Amorim Barbosa e Barbiratto 2012 Figura 22 Estruturas típicas de pontes e viadutos Para a elaboração de projetos de pontes e viadutos os projetistas devem ter conhecimentos além dos de resistência dos materiais teoria das estruturas e estabilidade de construções É necessário também entendimento profundo sobre a aerodinâmica de estruturas arquitetura mecânica dos solos e fundações e no caso das pontes a respeito de mecânica dos fluidos hidráulica e hidrologia Todos esses conhecimentos atrelados à troca constante de experiências e a imaginação e coragem no desenvolvimento de novas ideias levaram à excelência no projeto da estrutura 26 Sinalização rodoviária De acordo com o Manual de Sinalização Rodoviária do DNIT 2010 o objetivo da implantação de sinalização na via é conquistar a atenção e confiança do usuário permitindolhe tomar decisões com tempo de reação adequado Para atingir esse objetivo são implantadas placas painéis e sinais na pista em dimensões e locais apropriados de acordo com as características físicas da rodovia sua velocidade operacional e o tipo e intensidade de ocupação lateral Conforme o tipo de dispositivo utilizado na sinalização podemos dividila em dois tipos sinalização vertical e horizontal 40 Sinalização vertical estabelecida por meio de placas pórticos painéis ou dispositivos auxiliares implantados na lateral da via ou suspensos sobre ela e situados na posição vertical Para que tenha efetividade a sinalização vertical deve ser posicionada dentro do campo de visão do usuário e apresentar mensagens simples e claras Para isso o Código de Trânsito Brasileiro regulamenta os formatos e a simbologia das placas de forma que a mensagem transmitida por cada uma seja a mesma independentemente do local Em relação ao posicionamento das placas como regra geral devese manter uma pequena deflexão horizontal entre 3 e 5 de modo a evitar reflexos provocados pelos raios solares ou pela incidência dos faróis De maneira análoga em trechos de rampa as placas também devem ser inclinadas em relação à vertical garantindo a sua refletividade Sinalização horizontal estabelecida por meio da aplicação sobre o revestimento da via de símbolos marcas e legendas de acordo com as especificações de projeto O objetivo principal desse tipo de sinalização é o de fornecer condições adequadas de conforto e segurança aos usuários devendo ser capazes de ordenar e canalizar o fluxo de veículos orientando os deslocamentos em função da geometria da via Pode estar presente em forma de linha tracejada e contínua ou como setas símbolos ou legendas em diversas colorações de acordo com a mensagem que se deseja passar A cor amarela é destinada à regulamentação de fluxos no sentido oposto enquanto a branca regulamenta os fluxos no mesmo sentido Já a cor vermelha é utilizada para demarcar ciclovias e a azul para símbolos indicativos de locais reservados para estacionamentos ou paradas para embarquedesembarque O processo para fornecer uma sinalização efetiva que seja clara objetiva e que auxilie os motoristas e pedestres nas tomadas de decisão envolve a elaboração de projetos específicos de sinalização a implantação dos dispositivos e a constante verificação da sua operacionalidade e da necessidade de realização de manutenções É fundamental também que os materiais empregados sejam condizentes com suas respectivas aplicações de modo a garantir a durabilidade de cada um dos dispositivos Uma boa fonte de consulta para a elaboração de projetos é o Manual de Sinalização Rodoviária 41 do DNIT 2010 que apresenta as especificações necessárias para os projetos de sinalização vertical e horizontal com a padronização dos dispositivos 27 Tipos de drenagem em obras de pavimentação O sistema de drenagem corresponde ao conjunto de operações e instalações destinados a remover os excessos de água das superfícies e do subsolo Nas rodovias este sistema tem como objetivo assegurar que a água se mantenha longe dos locais que possam causar danos sendo que para isso são projetados dispositivos responsáveis por captar a água presente retirandoa de maneira rápida e segura De acordo com a sua função e a origem da água a ser retirada o sistema de drenagem de estradas pode ser dividido em drenagem superficial subsuperficial ou do pavimento e subterrânea Drenagem superficial tem como objetivo evitar que as águas que desçam dos taludes e encostas atinjam o corpo estradal e remover rapidamente a água precipitada sobre o pavimento de forma a garantir sua segurança e estabilidade Os dispositivos utilizados para esse tipo de drenagem envolvem as valetas de proteção de corte e aterro as sarjetas de corte aterro e de canteiro central as descidas e saídas dágua as caixas coletoras os bueiros de greide e dissipadores de energia o escalonamento de taludes e os cortarios Drenagem subsuperficial ou do pavimento tem como objetivo retirar as águas provenientes de infiltrações diretas das precipitações pluviométricas no pavimento ou do afloramento de lençóis freáticos subterrâneos Os dispositivos utilizados são a camada drenante que consiste em uma camada de material granular com graduação aberta colocada abaixo do revestimento para drenar as águas infiltradas para fora da pista e os drenos raros longitudinais laterais e transversais que recebem a água da camada drenante e a encaminha para fora do pavimento 42 Fonte Manual de drenagem de rodovias do DNIT 2006 Figura 23 Drenagem subsuperficial nos casos de cortes e aterros Drenagem subterrânea ou profunda tem como objetivo a interceptação do fluxo de água subterrânea por meio do rebaixamento do lençol freático mantendoo distante do subleito Os dispositivos utilizados são os drenos profundos e espinha de peixe os colchões drenantes os drenos horizontais profundos e os drenos verticais de areia além dos valetões laterais A escolha do tipo e combinação de dispositivos para a drenagem profunda envolve o conhecimento da topografia do local da pluviometria da região e das características geológicas e pedológicas necessárias Nos próximos tópicos serão abordados respectivamente os elementos da hidráulica e hidrologia fundamentais para o dimensionamento da drenagem superficial e um passo a passo para o dimensionamento de dispositivos para esse tipo de drenagem 28 Elementos de hidrologia e hidráulica essenciais para drenagem superficial Para o dimensionamento dos dispositivos de drenagem é necessário o conhecimento sobre alguns parâmetros básicos de hidrologia e hidráulica que são fundamentais na determinação da vazão de projeto como o coeficiente de escoamento superficial tempo de concentração tempo de recorrência e as curvas para determinação da intensidade média de precipitação elementos estes que serão explicados na sequência 43 a Coeficiente de escoamento superficial Em projetos de drenagem rodoviária o escoamento superficial tem grande importância no dimensionamento dos dispositivos de drenagem já que na ocorrência de determinada chuva parte da água é interceptada ou infiltra no solo ou pavimento enquanto o restante escoa pela superfície até encontrar esses dispositivos sendo esta a parcela que realmente contribui para a vazão de dimensionamento O coeficiente de escoamento superficial também conhecido como coeficiente runoff é utilizado para determinar o percentual da água precipitada que escoa pela superfície até chegar aos dispositivos de drenagem podendo ser estimado pela equação 22 Equação 22 Coeficiente de escoamento superficial C O valor do coeficiente depende da declividade do terreno da presença ou não de vegetação e da permeabilidade do solo ou do material em que a água escoa A Tabela 21 apresenta as recomendações de intervalos de coeficientes de escoamento para alguns tipos de superfície segundo o manual de drenagem de rodovias do DNIT Tabela 21 Coeficiente de escoamento superficial Fonte Manual de drenagem de rodovias DNIT 2006 44 b Tempo de concentração O tempo de concentração é o tempo gasto para que toda a bacia hidrográfica considerada contribua para o escoamento superficial na seção em estudo Basicamente é o tempo para que a gota dágua que cai no ponto mais distante chegue até a seção que define o limite da bacia O ponto mais distante no entanto não é necessariamente aquele com maior distância geográfica já que se trata de uma distância hidráulica que leva em consideração também a forma da bacia o comprimento e declividade do curso dágua principal o tipo de cobertura vegetal e a umidade do solo antes da chuva Existem várias fórmulas para o cálculo do tempo de concentração de uma bacia hidrográfica a maioria delas em função da declividade e extensão da vertente principal da bacia Dentre essas a Equação 23 é uma das mais utilizadas sendo recomendada pela instrução de projeto de drenagem do DERSP Equação 23 Tempo de concentração Em que tc tempo de concentração min L comprimento do talvegue km i declividade média do talvegue mkm De acordo com o manual de instrução de projeto do DERSP o tempo de concentração mínimo adotado para bueiros de talvegue e valetas de proteção é de 10 min para valetas de proteção de 5 a 10 min e para valetas e sarjetas de plataforma de 5 min c Tempo de Recorrência ou Período de Retorno O tempo de recorrência pode ser definido como o intervalo médio de ocorrência de chuvas que resultem em vazões maiores ou iguais a uma dada vazão de cheia ou seja é a estimativa da frequência com que o valor de vazão considerado em projeto será 45 igualado ou superado Existem métodos para o cálculo do tempo de retorno mas em geral os valores são adotados de acordo com a vida útil prevista a importância do projeto e o grau de segurança requerido Segundo o manual de instrução de projeto do DERSP para dispositivos de drenagem superficial o período de retorno adotado é de 10 anos enquanto para pontes deve ser de 100 anos d Cálculo da intensidade média de precipitação A intensidade média da chuva depende do local da análise do histórico das chuvas e das hipóteses sobre o risco de vazão a ser superada características representadas na equação pelos coeficientes que dependem do local da chuva pelo tempo de recorrência e pela duração da precipitação considerada igual ao tempo de concentração da bacia O cálculo da intensidade média de precipitação é realizado de acordo com a equação 24 Equação 24 Intensidade média da precipitação Em que I intensidade média da precipitação mmh a b n m coeficientes que dependem do local da chuva TR período de recorrência anos tc tempo de concentração min A intensidade média de precipitação varia de acordo com a duração da chuva pois quanto menor a duração maior a intensidade com a frequência de ocorrência visto que as precipitações são tanto mais intensas quanto mais raras e de acordo com a variação ao longo da área já que chuvas de maior duração têm distribuição mais uniforme 29 Dimensionamento de elementos de drenagem Neste tópico será apresentado um passo a passo de como dimensionar elementos de drenagem superficial para obras rodoviárias que envolve o cálculo da vazão que chega 46 ao dispositivo vazão máxima de projeto a determinação do raio hidráulico o cálculo da velocidade de escoamento e a determinação da capacidade de vazão do elemento drenante para que assim em caso de dispositivos que recebem vazão ao longo do seu comprimento sarjetas e valetas seja possível apontar o comprimento crítico ao qual pode ficar exposto sem saídas dágua a Determinação da vazão máxima de projeto Para o cálculo da vazão que chega até os dispositivos em bacias com áreas inferiores a 2 km² é amplamente utilizado o método racional baseado em estudos de intensidade duração e frequência das chuvas da região e que considera também o coeficiente de escoamento das superfícies que encaminham a água Os princípios básicos desse método envolvem a consideração da duração da precipitação máxima de projeto igual ao tempo de concentração da bacia a adoção de um coeficiente único de perdas estimado com base nas características locais e a não avaliação do volume de cheia e da distribuição temporal das vazões A equação do modelo é definida por Equação 25 Vazão máxima de projeto método racional Q Em que Q vazão que chega até os dispositivos m³s C coeficiente de escoamento adimensional I intensidade média da precipitação mmh A área de contribuição da bacia hidrográfica m² No caso de dispositivos como sarjetas e valetas posicionados às margens do pavimento a área de contribuição é dada em m²m já que a contribuição de vazão aumenta de maneira proporcional ao comprimento da via Dessa forma a vazão máxima de projeto é dada em m³sm e é necessário o cálculo do comprimento crítico mostrado no item e 47 b Cálculo do raio hidráulico O raio hidráulico é a razão entre a área útil de escoamento de uma seção transversal de fluxo área molhada pelo comprimento da linha de contato entre a água o fundo do canal e as paredes perímetro molhado Esse parâmetro é muito importante no dimensionamento dos elementos de drenagem pois tem a função de estimar o raio de tubos e canais com seção transversal não circular Para o cálculo do raio hidráulico o DERSP especifica que deve ser considerada uma lâmina dágua máxima em valetas e sarjetas de 80 da altura da seção revestida A borda livre mínima de 20 representa uma margem de segurança já que durante a vida útil de projeto podem acontecer situações e chuvas que façam com que as elevações no nível dágua sejam superiores às calculadas A Figura 24 mostra as fórmulas utilizadas para o cálculo da área molhada perímetro molhado e raio hidráulico para diferentes geometrias de seção Fonte httpsbitlybrcompVv8 Figura 24 Fórmulas para o cálculo do raio hidráulico de canais com diferentes geometrias c Cálculo da velocidade de escoamento A velocidade de escoamento na seção do dispositivo é calculada pela fórmula de Manning que leva em consideração sua inclinação raio hidráulico e coeficiente de 48 rugosidade determinado de acordo com o material utilizado no elemento drenante concreto grama entre outros Equação 26 Fórmula de Manning para o cálculo da velocidade de escoamento Em que v velocidade de escoamento ms n é o coeficiente de rugosidade do canal adimensional Rh é o raio hidráulico do dispositivo m i é a declividade longitudinal do elemento drenante mm A velocidade de escoamento além de necessária para a determinação da capacidade do dispositivo é importante para a verificação da sua funcionalidade já que velocidades muito baixas levam à ocorrência da sedimentação do material em suspensão enquanto velocidades muito elevadas podem levar à erosão do material do fundo do canal Dessa forma o manual de instruções de projeto do DERSP recomenda que o coeficiente de Manning adotado para valetas e sarjetas de concreto seja de 0016 e as velocidades nos dispositivos estejam compreendidas entre 050 ms e 600 ms Para sarjetas e valetas em grama o coeficiente de rugosidade e as velocidades admissíveis dependem do solo da região podendo ser consultados no site do DERSP d Determinação da capacidade de vazão do dispositivo A capacidade de vazão do elemento drenante é determinada pela equação da continuidade e deve ser sempre maior ou igual que a vazão máxima de projeto de maneira a atender toda essa vazão A equação 27 apresenta a fórmula utilizada para o cálculo da capacidade do dispositivo Equação 27 Equação da continuidade cálculo da capacidade do dispositivo 49 Em que q capacidade de vazão do dispositivo m³s v velocidade de escoamento ms A área molhada do dispositivo m² e Determinação do comprimento crítico No caso de dispositivos que recebem uma vazão única como uma tubulação recebendo água de um bueiro a determinação do dispositivo é realizada pelo comparativo da vazão máxima de projeto Q e da sua capacidade de vazão q Porém para os dispositivos que recebem contribuição contínua ao longo do seu comprimento como sarjetas e valetas posicionadas às margens do pavimento é necessária a indicação do comprimento crítico máximo comprimento que o dispositivo pode receber a vazão sem a necessidade do posicionamento de saídas dágua calculado pela equação 28 Equação 28 Determinação do comprimento crítico Em que L Comprimento crítico m q capacidade de vazão do dispositivo m³s Q vazão que chega até os dispositivos m³sm 210 Logística de Transportes Nos blocos 1 e 2 abordamos diversos aspectos sobre o modo rodoviário e nos próximos blocos discutiremos os demais modos ferroviário aquaviário e aéreo Como último tópico do bloco 2 será abordado em quais situações deve ser feita a escolha do ponto de vista da logística de transportes por cada um dos meios avaliando suas vantagens e desvantagens 50 Começamos analisando o sistema rodoviário que possibilita movimentar uma grande variedade de cargas para qualquer destino em razão da sua ampla flexibilidade Costumase dizer que o transporte rodoviário é o único capaz de realizar o transporte porta a porta ou seja buscar a carga na sua origem e levála diretamente ao ponto de destino sem a necessidade de transbordos trazendo maior comodidade tanto para o vendedor do insumo quanto para o comprador Entretanto a grande desvantagem desse meio de transporte é a capacidade de carga de seus veículos que é a menor entre todos os outros modais Além disso possui um alto custo operacional uma baixa eficiência energética e uma maior emissão de poluentes características que não o fazem apropriado para o transporte de cargas a longas distâncias Do ponto de vista da logística de transportes o ideal é a utilização do meio rodoviário para viagens de curta a média distância atuando de forma complementar a outros modais Dessa forma inserimos um conceito que vem cada vez sendo mais discutido que é o da multimodalidade ou seja a combinação de mais de um meio de transporte para otimizar os custos da movimentação de cargas O segundo modo de transporte a ser analisado é o ferroviário que é bastante utilizado para o transporte de cargas de baixo valor agregado em grandes quantidades Um trem ferroviário composto por locomotivas e vagões tem a capacidade de transportar cerca de 100 vagões cada um com carga aproximada de 70 toneladas Comparativamente um caminhão no transporte rodoviário leva cerca de 35 toneladas Portanto o modo ferroviário é ideal para o transporte de grandes distâncias já que se torna mais barato que o rodoviário pela grande quantidade de carga transportada Além disso os gastos com manutenção da infraestrutura ferroviária são consideravelmente menores quando comparado aos gastos necessários nas rodovias As desvantagens do modo ferroviário envolvem a sua menor flexibilidade já que depende das ferrovias para o deslocamento e necessitam do apoio do transporte rodoviário para acessar a origem e destino final dos insumos Em relação ao tempo de viagem esse modo é mais rápido que o aquaviário porém a depender das condições da via pode ser mais demorado que o rodoviário No Brasil essa modalidade de transporte vem recebendo maior atenção do governo nos últimos anos com 51 investimentos para ampliação da malha existente como forma de baratear os custos de transporte de mercadorias O terceiro modo de transportes é o aquaviário que pode ser dividido em transporte marítimo e fluvial onde o primeiro corresponde à navegação por mares e oceanos e o segundo aos rios e canais de navegação O transporte marítimo é o principal meio de exportação dos materiais sendo responsável por mais de 90 do transporte internacional de mercadorias do Brasil Enquanto isso o transporte fluvial ainda é pouco explorado sendo responsável por menos de 15 da matriz de transporte de cargas nacional As principais vantagens do transporte aquaviário é o transporte de maior quantidade de carga o menor custo de transporte e o fato de que as vias rios e mares são oferecidas pela natureza com a necessidade de intervenção humana apenas para tornar mais trechos navegáveis As desvantagens envolvem a velocidade baixa de deslocamento a baixa flexibilidade já que depende da presença de canais de água para o tráfego além da necessidade de transbordo de mercadorias nos portos e da dependência de que a estrutura portuária seja adequada para receber os carregamentos A Figura 25 mostra um comparativo da quantidade de veículos de transporte necessários para a movimentação da mesma quantidade de carga entre o sistema aquaviário ferroviário e rodoviário Fonte Confederação Nacional de Transportes 2013 Figura 25 Comparativo da capacidade de carga entre os modos de transporte 52 O quarto e último modo de transporte que será tratado nessa disciplina é o aéreo sendo o mais caro dentre todos os citados mas também o mais rápido Devido a essas características é um transporte voltado para a movimentação de cargas de alto valor agregado em pequenos volumes e com urgência de entrega As vantagens do transporte aéreo envolvem ainda o fato de os aeroportos geralmente estarem localizados próximos aos centros de produção e a possibilidade de redução dos estoques em armazéns já que possibilita a aplicação dos procedimentos just in time A Figura 26 mostra um estudo realizado pela CNT que detalha o impacto da escolha logística de transporte nos custos de transporte da carga O exemplo utilizado foi de diferentes trajetos utilizados para a exportação de grãos no estado do Mato Grosso onde se pode observar que a solução única pelo transporte rodoviário é a que tem o maior custo por tonelada de material Fonte Confederação Nacional de Transportes 2015 Figura 26 Comparação de custos de transportes Conclusão Neste bloco foram apresentados tópicos relativos aos componentes do sistema rodoviário entre eles o estudo sobre a determinação do tráfego de projeto as 53 interseções rodoviárias as obras de artes especiais com atenção especial às pontes e aos viadutos a sinalização de estradas e os dispositivos de drenagem com foco para o dimensionamento de elementos de drenagem superficial Podese concluir que o conjunto de conteúdos abordados auxilia o estudante de graduação a entender a complexidade e as diversas aplicações da engenharia civil na área rodoviária além de ampliar o horizonte dos alunos a respeito do leque de opções com que poderá trabalhar depois de formado Referências Bibliográficas ALBANO J F Noções sobre interseções Disponível em httpwwwproducaoufrgsbrarquivosdisciplinas42014 intersecoesapresentacaopdf Acesso em 17 mar 2021 AMORIM D L N F BARBOSA A S R BARBIRATO J C C Técnica de analogia de grelha associada a um modelo de pórtico para análise do comportamento de sistemas estruturais de pontes In Congresso Brasileiro de Pontes e Estruturas 5 Anais Rio de Janeiro 2012 CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE Entraves logísticos ao escoamento de soja e milho Brasília 2015 CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE Pesquisa CNT de rodovias 2016 relatório gerencial Brasília 2016 CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO CONTRAN Resolução nº 104 Rio de Janeiro 1999 CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE Pesquisa CNT do transporte aquaviário cabotagem Brasília 2013 DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DO ESTADO DE SÃO PAULO DERSP IP DEH0002 Projeto de drenagem São Paulo 2006 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES DNIT Manual de drenagem de rodovias Rio de Janeiro 2006 54 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES DNIT Manual de projeto de interseções Rio de Janeiro 2005 DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES DNIT Manual de sinalização rodoviária Rio de Janeiro 2010 MORAES A P de Procedimentos técnicos de dimensionamento da microdrenagem do município de Santo André Disponível em httpwwwtrabalhosassemaecombrsistemarepositorio20151trabalhos99118 t118t4e1a2015pdf Acesso em 19 mar 2021 55 3 FERROVIAS Apresentação O sistema ferroviário cresce cada vez mais no Brasil A partir da década de 1990 com a política de concessões da malha ferroviária nacional o setor vem recebendo grandes investimentos ganhando cada vez mais espaço na matriz de transportes nacional Neste bloco serão apresentadas as principais características deste modo de transportes abordando a sua infraestrutura superestrutura e as peculiaridades do material rodante Com isso objetivase que o aluno tenha uma visão ampla sobre o tema de forma a conhecer a estrutura de uma ferrovia e os cálculos necessários para determinação do número de locomotivas e vagões de uma composição ferroviária Ao fim do bloco é realizado ainda um comparativo entre os dois principais transportes ferroviários de passageiros o metrô e o trem com enfoque para aplicação de ambos na cidade de São Paulo 31 Transporte ferroviário no Brasil De acordo com a Pesquisa CNT de Ferrovias 2015 o sistema ferroviário nacional possui 29291 km de extensão dos quais 28176 km estão completamente integrados por meio de 12 malhas ferroviárias que juntas atendem às regiões Sul Sudeste Nordeste e em menor escala ao CentroOeste e Norte do país conforme pode ser observado na Figura 31 56 Fonte CNT 2015 Figura 31 Malha ferroviária brasileira Apesar do amplo crescimento do setor rodoviário nas últimas duas décadas a infraestrutura ferroviária ainda carece de melhorias e expansão No Brasil existem apenas 36 km de ferrovias para cada 1000 km² de área valor pequeno quando comparado a outros países de grande extensão territorial como os Estados Unidos 32 km1000 km² e a China 205 km 1000 km² Além disso de acordo com a CNT 2015 411 dos clientes classificam como de baixa qualidade a infraestrutura ferroviária nacional Para mudança desse cenário são necessários investimentos para ampliação do sistema e na manutenção das vias já existentes de forma a tornar o transporte ferroviário uma opção cada vez mais atrativa Com relação à matriz de transportes nacional segundo a CNT 2015 o transporte ferroviário corresponde a cerca de 21 da movimentação de cargas nacional porcentagem baixa se comparada ao potencial que o setor tem de minimizar os custos de transporte de mercadorias já que o Brasil é um grande produtor de produtos minerais e agrícolas caracterizados pelo baixo valor agregado característica ideal para o setor ferroviário que beneficia justamente o transporte de produtos de baixo valor agregado por longas distâncias Nos Estados Unidos por exemplo 50 do transporte 57 de cargas é realizado por meio de ferrovias o que mostra novamente o potencial para crescimento do setor ferroviário na matriz de transporte nacional Em um cenário com a perspectiva de muitas obras para expansão da infraestrutura ferroviária a necessidade de engenheiros preparados para lidar com problemas que irão surgir é evidente sendo uma das áreas de atuação com grande potencial para absorver os profissionais que queiram ingressar no mercado de trabalho No entanto cabe a ressalva que as melhores oportunidades nem sempre estão perto dos grandes centros já que nessas localidades a infraestrutura de transportes está mais desenvolvida com vagas voltadas mais para os setores de manutenção e operação das vias existentes 32 Classificação das ferrovias Existem três classificações de ferrovias no Brasil relacionadas aos seguintes critérios a Classificação funcional b Classificação quanto ao tipo de bitola c Classificação quanto à posição geográfica Cada uma dessas classificações será apresentada em detalhes na sequência deste tópico a Classificação funcional A classificação funcional agrupa as rodovias de acordo com a mobilidade de tráfego que exercem na malha ferroviária dividindoa em vias troncos secundárias e de ligação Vias tronco as ferrovias pertencentes a esta categoria são caracterizadas pelo alto volume de tráfego tendo como principal função atender às demandas de viagem de longa distância 58 Vias secundárias as ferrovias pertencentes a esta categoria são caracterizadas por atenderem a demandas de centros geradores de tráfego de menor vulto levando os carregamentos até as vias principais tronco Vias de ligação são aquelas que conectam pontos importantes de outras ferrovias como por exemplo uma via tronco à outra ou determinada ferrovia a terminais marítimos sendo utilizadas para ligações diversas b Classificação quanto ao tipo de bitola A classificação quanto ao tipo de bitola leva em consideração a distância entre as faces laterais interiores dos boletos No Brasil a diversidade de tipos de bitolas é um problema já que o trem não consegue passar de uma via para a outra caso as bitolas sejam diferentes sendo importante a padronização de um só tipo de bitola para todo o território nacional Bitola larga diz respeito às ferrovias com trilhos que apresentam distância entre as faces laterais interiores dos boletos superior a 1435 m No Brasil os trilhos que apresentam bitolas largas geralmente têm distância entre as faces igual a 1600 m Bitola standard padrão também conhecida como bitola internacional engloba as ferrovias com trilhos que apresentam distância entre as faces laterais interiores dos boletos igual a 1435 m Bitola métrica ou estreita diz respeito às ferrovias com trilhos que apresentam distância entre as faces laterais interiores dos boletos inferior a 1435 m No Brasil os trilhos que apresentam bitolas métricas geralmente têm distância entre as faces igual a 1000 m No mundo a bitola mais utilizada é a padrão enquanto no Brasil as bitolas métrica e larga são as mais comuns Devido aos problemas com diferentes tipos de bitola em alguns trechos rodoviários são utilizadas as bitolas mistas com a finalidade de permitir que trens de diferentes bitolas possam operar no mesmo trecho conforme mostrado na Figura 32 59 Fonte httpplanetaferroviablogspotcom201401bitolasferroviariashtml Figura 32 Trilho ferroviário com bitola mista c Classificação quanto à posição geográfica As ferrovias brasileiras são identificadas pela sigla EFXXX A sigla EF significa estrada de ferro e está presente em todas as ferrovias que compõem o Plano Nacional de Viação PNV A centena representada pelas três letras X indica a numeração da ferrovia de acordo com a posição geográfica no território nacional sendo dividida em ferrovias radiais longitudinais transversais diagonais e de ligação Radiais as ferroviais classificadas como radiais têm como origem comum a cidade de Brasília São caracterizadas por ligarem as principais cidades e capitais estaduais à capital federal e a sua numeração varia de 000 a 099 no sentido horário a partir do norte do meridiano de Brasília Exemplo EF050 que liga a cidade de BrasíliaDF a cidade de SantosSP Longitudinais as ferrovias classificadas como longitudinais têm direção geral Norte Sul São caracterizadas por iniciarem com o número 1 variando de 100 a 199 com numeração crescente de leste para oeste sendo que em Brasília a numeração é 150 Ex EF170 também conhecida como ferrovia Ferrogrão que está na fase de aprovação de projetos irá conectar os munícipios de CuiabáMT e SantarémPA transformando se em um importante corredor logístico para a exportação de grãos Transversais as ferrovias classificadas como transversais têm direção geral Leste Oeste São caracterizadas por iniciarem com o número 2 variando de 200 no extremo 60 norte até 299 no extremo sul sendo que a numeração em Brasília é 250 Ex EF225 também conhecida como ferrovia Transnordestina conecta as cidades de São LuísMA e Teresina PI Diagonais são caracterizadas por iniciarem com o número 3 As ferrovias pares têm direção NoroesteSudeste e as ímpares direção NordesteSudoeste A numeração vai de 300 para as rodovias diagonais no extremo Noroeste até 399 para as rodovias diagonais no extremo sudeste Ex EF364 que liga RondonópolisMT à cidade de SantosSP importante rota para o escoamento da produção agrícola nacional De ligação as ferrovias classificadas como de ligação são aquelas que conectam pontos importantes das outras classes de ferrovias como por exemplo uma ferrovia longitudinal à outra diagonal São caracterizadas por iniciarem com o número 4 com numeração de 400 a 450 se a ligação estiver ao norte de Brasília e de 451 a 499 para ligações ao sul da capital federal Ex EF491 que liga os munícipios de Passo FundoRS e Roca SalesRS 33 Infraestrutura e superestrutura ferroviária As ferrovias podem ser definidas como um meio de transporte terrestre que utiliza duas vigas metálicas longitudinais denominadas trilhos para o deslocamento de veículos sejam eles motores ou rebocados locomotivas e vagões respectivamente Para a construção dessas vias é necessária a execução tanto da infraestrutura como da superestrutura ferroviária Mas você sabe qual a diferença entre a infraestrutura e a superestrutura A infraestrutura envolvida é composta pelo conjunto de obras que fazem parte da plataforma da estrada suportando a superestrutura As atividades realizadas nessa etapa envolvem a execução de Obras de terraplenagem com a realização de operações de corte e aterro de modo a realizar a conformação do terreno de acordo com o greide projetado Obras de arte corrente que podem ser divididas em superficiais no caso da execução de sarjetas valetas descidas dágua e bacias de dissipação e em 61 profundas quando são necessários drenos longitudinais espinhas de peixe ou colchões drenantes para interceptação do fluxo de água subterrânea Obras de arte especiais que são as pontes viadutos túneis e contenções utilizadas para a condução do tráfego ferroviário sobre obstáculos que impeçam a continuidade da via Já a superestrutura ferroviária é a responsável por absorver e transmitir o carregamento imposto pelos veículos tendo como principais componentes os mostrados na Figura 33 e detalhados no item 34 deste bloco A superestrutura pode ser classificada como elástica quando os dormentes são posicionados sobre um lastro de material granular que auxilia na distribuição dos esforços e reduz a trepidação devido à passagem dos veículos ou como rígida no caso dos dormentes serem posicionados sobre lajes de concreto ou fixadas diretamente sobre vigas As ferrovias em geral possuem superestrutura elástica enquanto os metrôs utilizam a superestrutura rígida Fonte Porto 2004 Figura 33 Elementos da superestrutura Fonte Viagens e Caminhos Shutterstock Figura 34 Elemento de infraestrutura construído na ferrovia do trigo RS 34 Elementos da superestrutura A superestrutura da via ferroviária engloba uma série de elementos como os trilhos placas de apoio e fixações dormentes lastro e o sublastro Cada um desses componentes desempenha uma função específica para o bom desempenho da estrutura conforme será discutido na sequência A Figura 33 mostra os principais elementos da via permanente ferroviária que juntos compõem o necessário para a passagem do trem 62 a Trilhos Elementos responsáveis por guiar o trajeto dos veículos vagões e locomotivas dando sustentação aos mesmos São fabricados com aço e podem ser divididos em três partes boleto alma e patim Boleto parte superior do trilho que está em contato direto com as rodas do trem devendo portanto ser resistente ao desgaste Alma parte mais fina do trilho entre o boleto e o patim que deve resistir à flexão Patim estrutura fixada nos dormentes que resiste às deformações às quais o trilho está exposto As características fundamentais para o bom desempenho dos trilhos envolvem a estabilidade ao tombamento espessura de alma e patim compatível com as solicitações a resistência lateral patim e boleto largos para resistirem à flexão e as arestas arredondadas reduzindo a ação das tensões residuais Devese estar atento também ao desgaste vertical e lateral do trilho fatores limitantes da vida útil da estrutura devido à grande ação mecânica entre a roda e os trilhos ao qual fica exposta b Placa de apoio e fixações Devem ser suficientemente resistentes ao deslocamento horizontal e longitudinal do trilho já que são responsáveis pela sua manutenção na posição correta de forma a garantir que a bitola da via seja constante Além de resistir aos deslocamentos a placa de apoio e as fixações são responsáveis por transmitir os esforços para os dormentes sem prejudicar a sua estrutura c Dormentes Os dormentes são estruturas regularmente espaçadas no sentido transversal ao decorrer da ferrovia que repousam sobre um colchão amortecedor denominado lastro Geralmente em madeira ou concreto têm a função de dar sustentação aos trilhos e distribuir o carregamento para o lastro da via férrea A principal vantagem na 63 utilização dos dormentes de madeira está na trabalhabilidade já que o manuseio e fixação são simples de serem realizados Já os dormentes de concreto têm como ponto positivo serem invulneráveis ao ataque de fungos e insetos além de apresentarem maior vida útil e estabilidade d Lastro O lastro da ferrovia é a camada de material com granulometria uniforme responsável por absorver e garantir a distribuição dos esforços para o subleito além de propiciar a drenagem da estrutura Os agregados utilizados nessa camada devem ter formato cúbico para evitar a ocorrência de recalques na passagem do tráfego e faces fraturadas de maneira a proporcionar um maior ângulo de atrito e consequentemente uma maior resistência da camada e Sublastro Camada situada entre o lastro e o subleito cuja principal função é a de evitar o carreamento de finos presentes no subleito para a camada de lastro fenômeno denominado como bombeamento de finos A ocorrência desse bombeamento é extremamente prejudicial à estrutura da ferrovia visto que os finos acabam preenchendo os vazios existentes entre os agregados do lastro prejudicando a drenagem da via e provocando a ruptura devido à secagem da lama Para evitar que isso aconteça é posicionada uma camada de granulometria mais fechada sublastro que impede a passagem dos finos para a parte superior da estrutura f Subleito Terreno de fundação da ferrovia sendo constituído por material natural consolidado e compactado no caso da execução de cortes ou por material transportado e compactado no caso dos aterros 35 Características do material rodante A área de transporte ferroviário pode ser dividida basicamente em dois subsistemas básicos o de via permanente que envolve a infra e superestrutura já comentados 64 neste bloco e o de material rodante do qual fazem parte todo e qualquer veículo ferroviário O material rodante pode ser simplificadamente classificado em três categorias Locomotivas veículos de tração responsáveis por fornecer a força necessária para mover toda a composição De acordo com a sua fonte de energia podem ser a vapor elétricas e dieselelétricas Carros veículos rebocados para o transporte de passageiros Vagões veículos rebocados para o transporte de cargas Diferentemente dos outros modos de transporte o sistema ferroviário é caracterizado pela falta de mobilidade em relação à direção do veículo já que seu trajeto é limitado pelo direcionamento dos trilhos Devido à robustez das locomotivas as rodas do trem são dispostas em eixos rígidos ou seja sem movimentações relativas entre elas permanecendo paralelas até mesmo nas curvas Com isso há uma limitação quanto aos raios mínimos utilizados nas curvas do trajeto que em geral são bem superiores aos utilizados nas rodovias justamente para permitir que o eixo rígido realize o movimento circular sem grandes escorregamentos no trilho Mas você já parou para pensar o que faz com que os trens não descarrilhem ao realizar curvas Além dos raios das curvas serem maiores o formato das rodas auxilia a manter os trens dentro dos trilhos mesmo quando na realização de mudanças de direção Isso porque as rodas de locomotivas e vagões possuem uma configuração cônica para tornálas ainda mais largas no lado interior Com isso quando o trem se desloca para realizar curvas o diâmetro da roda em contato com o trilho muda porém como estão conectadas ao mesmo eixo continuam girando na mesma velocidade Efetivamente isso significa que a distância maior que o lado externo deve percorrer em uma curva é compensada pela maior distância por revolução que tem que vencer já que o ponto de contato das rodas com o trilho tem maior diâmetro nesse lado o que mantém as duas rodas do eixo girando na mesma rotação como mostrado na Figura 35 65 Fonte httpsirpcdnmultiscreensitecom3b672b6bfilesuploadedRodasTrenspdf Figura 35 Eixo da locomotiva se deslocando nos trilhos conforme a curva Como mostrado na Figura 35 a conicidade das rodas ajusta o seu percurso conforme as curvas sendo o conjunto levemente deslocado para o lado externo devido à ação da força centrífuga Com isso o vagão ou locomotiva é inclinado para o lado interno o que auxilia na manutenção da estabilidade do conjunto Além do formato cônico os flanges das rodas também ajudam que o trem não se desloque para fora dos trilhos da ferrovia Esse dispositivo consiste em uma protuberância no lado interno da roda que a mantém dentro dos trilhos quando ocorre o escorregamento da mesma É importante destacar também que a rigidez dos eixos dos veículos aumenta ainda mais o desgaste na interação veículovia pelo contato direto das rodas metálicas com os trilhos do trem também metálicos Por isso uma verificação constante do nível de desgaste das rodas e dos trilhos é necessária para evitar a ocorrência de acidentes 36 Locomoção de veículos ferroviários O movimento de uma composição ferroviária depende basicamente das forças que atuam sobre ela e das regras de operação as quais está sujeita como por exemplo os limites de velocidade Neste tópico abordaremos a força de tração utilizada para locomover o trem produzida por uma unidade especial denominada locomotiva Essa força chamada de forçamotriz ou de propulsão pode ser calculada de acordo com a equação 31 Equação 31 Força de propulsão de uma locomotiva kN 66 Em que nL número de locomotivas no comboio eficiência de transmissão P potência de cada locomotiva kW V velocidade kmh Como notado a forçamotriz atuante depende basicamente de três fatores onde a eficiência de transmissão indica a porcentagem da potência nominal da locomotiva que é realmente convertida em esforço motor enquanto a potência da locomotiva depende do tipo de veículo utilizado sendo esta informação encontrada no manual do seu fabricante Já o terceiro fator é a velocidade que é inversamente proporcional ao esforço motor ou seja quanto maior a velocidade do conjunto menor a forçamotriz que a locomotiva consegue realizar No entanto para determinação da curva de relação entre a forçamotriz e a velocidade é preciso levar em consideração outros dois fatores O primeiro deles é a velocidade máxima da locomotiva fornecida pelo fabricante de acordo com o seu limite de voltagem Já o segundo é a aderência da roda com o trilho calculada pela equação 32 que representa a máxima forçamotriz que o trem pode exercer sem que a roda fique patinando o que corresponde ao ponto em que a forçamotriz é igual à força de aderência Equação 32 Forçamotriz máxima kN Em que nL número de locomotivas no comboio Td peso aderente kN f coeficiente de aderência O coeficiente de aderência mostrado na Equação 32 depende do estado do trilho em condições que variam do estado úmido e sujo f 011 até o totalmente seco e limpo f 033 Um valor comumente utilizado nos projetos ferroviários brasileiros é o de 67 022 Já o peso aderente é o que atua sobre as rodas motrizes sendo que no caso de todos os eixos da locomotiva serem motores o peso aderente é igual ao da locomotiva No caso de locomotivas com eixos não motores o peso total é distribuído igualmente entre os eixos de modo que o peso aderente seja a soma dos pesos sobre os eixos motores A Figura 36 mostra um gráfico de forçamotriz do conjunto de locomotivas pela sua velocidade onde pode ser observado que a forçamotriz inicial é constante limitada pela força de aderência equação 32 Ao atingir uma velocidade próxima a 30 kmh os valores da forçamotriz dados pela equação 31 e 32 são iguais e a partir de então a forçamotriz passa a ser calculada pela equação 32 até o limite de voltagem que para o caso das locomotivas em estudo é de 90 kmh Fonte Marcus Lima Figura 36 Forçamotriz das locomotivas em função da velocidade do trem 37 Resistência ao movimento de veículos ferroviários A resistência ao movimento é uma característica natural na locomoção de qualquer veículo ferroviário sendo balanceada pela forçamotriz exercida pelas locomotivas o que dá origem a três tipos de movimentos do conjunto Movimento acelerado quando a forçamotriz for maior que a resistência 68 Movimento desacelerado quando a resistência for maior que a força motriz Movimento com velocidade constante quando a resistência for igual a forçamotriz As principais resistências ao movimento na locomoção ferroviária são a resistência de rolamento e a resistência ao ar que quando somadas recebem a denominação de resistência básica já que estão presentes durante todo o percurso do trem As outras duas resistências que compõem os esforços contrários ao movimento do trem são a resistência de rampa presente em trechos de aclives e declives e a resistência de curvas adicionadas nos locais em que há mudança na direção do deslocamento Na sequência serão apresentadas as fórmulas utilizadas para o cálculo de cada uma das quatro resistências Equação 33 Resistência ao rolamento da locomotiva ou vagão N Em que c1 constante que incorpora o efeito da deformação da roda e do trilho c2 constante que incorpora o efeito do atrito nos mancais c3 constante que incorpora o efeito do atrito entre o friso das rodas e o trilho x número de eixos da locomotiva ou vagão V velocidade da operação kmh G peso da locomotiva ou vagão kN A resistência ao rolamento é causada pela deformação da roda e do trilho pelo atrito entre os mancais e os eixos da locomotiva e devido ao atrito entre o friso das rodas e o trilho do trem Os valores típicos das constantes c1 e c2 são respectivamente 065 e 125 tanto para as locomotivas como para os vagões Já os valores comumente adotados para a constante c3 são 0009 para vagões de passageiros e locomotivas e 0013 para vagões de carga Equação 34 Resistência aerodinâmica N 69 Em que ca constante que reflete as características aerodinâmicas do vagão ou locomotiva A área frontal da locomotiva ou vagão m² V velocidade de operação kmh A resistência aerodinâmica é causada pelo deslocamento do veículo na atmosfera sendo correspondente à resistência que o ar impõe ao movimento Essa resistência depende de uma série de fatores tais como a velocidade com que a composição se desloca a área frontal dos vagões e locomotivas e a forma e rugosidade das superfícies externas dos veículos A Tabela 31 apresenta os valores típicos de área frontal e coeficientes ca que devem ser utilizados para todas as locomotivas e vagões que fazem parte da composição ferroviária Tabela 31 Área frontal e coeficiente ca utilizados para o cálculo da resistência aerodinâmica Tipo de veículo Característica Área m² ca Locomotiva Aerodinâmicas 9 11 0031 Normais 9 11 0046 Vagões Carga 75 85 0009 Passageiros 10 11 0006 Equação 35 Resistência de rampa N Em que P peso total da locomotiva ou vagão N i declividade da rampa em porcentagem ou em metros por 100 metros A resistência de rampa é causada pela componente da força peso que age na direção do movimento Em uma subida essa componente está contrária ao movimento representando uma resistência Já na descida a componente está no mesmo sentido do movimento contribuindo para que ele aconteça No caso das descidas é 70 importante verificar se a força de frenagem da locomotiva é capaz de controlar o trem para que ele não acelere de forma desgovernada Equação 36 Resistência de curva N Em que G peso da locomotiva ou vagão kN R raio da curva m A resistência de curva é causada pelo atrito adicional do friso das rodas contra a lateral do trilho que ocorre nos locais em que o trem precisa realizar curvaturas A resistência total do trem é a soma das quatro resistências atuantes multiplicada pelo número de vagões e locomotivas O valor é dividido por 1000 para que a resistência total seja expressa em kN conforme apresentado na Equação 37 Equação 37 Resistência total do trem kN Em que RxY resistência x rolamento aerodinâmica rampa ou curva atuando sobre o veículo Y locomotivas ou vagões nL número de locomotivas no trem nV número de vagões no trem 38 Velocidade de equilíbrio e comprimento máximo do trem Quando um trem viaja por uma ferrovia os esforços atuantes sobre o veículo na direção do movimento são a forçamotriz e resistência mostradas respectivamente nos tópicos 36 e 37 deste bloco Assim como a forçamotriz a resistência total ao movimento também é função da velocidade em que o trem se desloca já que as resistências de rolamento e aerodinâmica dependem dessa variável Dessa forma a velocidade de equilíbrio do trem é o ponto em que Ft Rt ou seja que a forçamotriz 71 exercida pelo conjunto de locomotivas é igual a resistência total atuante no trem Atingida a velocidade de equilíbrio a velocidade com que o trem se desloca mantém se constante até que a potência das locomotivas ou a resistência atuante seja modificada A Figura 37 mostra as velocidades de equilíbrio para o trem em diferentes condições de aclive Fonte Marcus Lima Figura 37 Velocidade de equilíbrio do trem em diferentes aclives Notase na Figura 37 que a velocidade de equilíbrio do trem analisado é o ponto em que a forçamotriz e a resistência total da locomotiva se cruzam sendo igual a 32 kmh para a situação em aclive com inclinação de 208 58 kmh para a situação em aclive com inclinação de 100 90 kmh para a situação sem rampa ou seja em que apenas a resistência básica está atuando sobre o trem Em geral o trem procura andar sempre com velocidades próximas à de equilíbrio já que esta é a maior velocidade que pode ser alcançada por utilizar a máxima potência das locomotivas No entanto é preciso levar em consideração também a velocidade limite permitida na via No exemplo mostrado na Figura 37 o limite da via é de 80 kmh Portanto quando o trem se locomove por trechos sem rampas as locomotivas não devem utilizar a 72 potência máxima do motor já que neste caso a velocidade de equilíbrio seria superior à permitida Para respeitar a velocidade da via a forçamotriz que para uma velocidade de 80 kmh poderia chegar até a 640 kN deve ser mantida em 250 kN de modo que se iguale com a resistência atuante no trecho mantendo a velocidade constante e dentro do limite permitido Comprimento máximo do trem Para a determinação do comprimento máximo do trem ou seja do número máximo de locomotivas e vagões que podem ser dispostos em uma mesma composição é necessária a realização das etapas mostradas na sequência Etapa 1 Número de vagões rebocados por uma locomotiva no trecho crítico Nessa primeira etapa será determinado o número máximo de vagões que uma locomotiva poderá transportar durante o percurso Para isso o critério analisado é a capacidade da locomotiva em reiniciar o movimento no trecho de maior resistência já que podem acontecer incidentes ou problemas que levem a locomotiva a ter que parar e reiniciar a partir da velocidade nula Se o trem para em um aclive e tenta reiniciar o movimento a aderência limita a força motriz máxima ao valor calculado pela Equação 32 como já foi apresentado nesse bloco Com isso para a determinação do número máximo de vagões é necessário que a forçamotriz máxima seja superior à resistência total do conjunto calculada a partir da velocidade mínima caracterizada pelo ponto em que Ftmáx Ft que pode ser observado na Figura 36 Calculado o valor de Ftmáx eq 32 e as resistências totais de cada vagão e locomotiva para a velocidade mínima soma das equações 33 a 36 o número de vagões rebocados por uma locomotiva pode ser calculado pela Equação 38 Equação 38 Número de vagões rebocados por uma locomotiva Em que 73 Ftmáx forçamotriz máxima calculada a partir da Equação 32 kN nV número de vagões rebocados por uma locomotiva RL Vmín resistência de uma locomotiva na velocidade mínima kN RV Vmín resistência de um vagão na velocidade mínima kN Velocidade mínima velocidade em que Ft Eq 31 é igual a Ftmáx Eq 32 Etapa 2 Número total de vagões suportados pelo engate Com o número de vagões que pode ser rebocado por uma locomotiva calculado na etapa anterior podem ser montados comboios de acordo com a proporção calculada Por exemplo se 1 locomotiva leva 14 vagões 2 locomotivas levam 28 3 levam 42 e assim por diante No entanto o número máximo de locomotivas e vagões é limitado pela capacidade do engate utilizado Os engates são os dispositivos utilizados para conectar os vagões e locomotivas formando um só veículo Este dispositivo resiste às forças horizontais atuantes sendo o engate mais solicitado aquele entre a última locomotiva e o primeiro vagão já que deve ser capaz de transmitir para os vagões a força necessária para vencer a resistência de cada um deles que deve ser multiplicada pelo número total de vagões da composição O número máximo de vagões que pode ser suportado pelos engates pode ser calculado por meio da Equação 39 Equação 39 Número total de vagões suportados pelo engate Em que Femáx força máxima suportada no engate fornecida pelo fabricante kN nVmáx número total de vagões suportados pelo engate RV Vmín resistência de um vagão na velocidade mínima kN Etapa 3 Número de locomotivas necessárias Para que se tenha o máximo comprimento de trem o número de locomotivas necessárias será igual ao número total de vagões suportados pelo engate dividido pelo 74 número de vagões rebocados por uma locomotiva conforme mostrado na Equação 310 Equação 310 Número de locomotivas necessárias A composição com comprimento máximo será formada portanto pelo número de vagões calculados pela Equação 39 e pela quantidade de locomotivas determinadas pela Equação 310 39 Pátios ferroviários e sinalização a Pátios ferroviários Os pátios ferroviários são áreas de operação composta por um conjunto de instalações ferroviárias que têm como função o fracionamento e formação de composições a recepção cruzamento e partida de trens o estacionamento de vagões e outros veículos além da realização de manobras diversas Segundo Langoni et al 2006 a utilização dos pátios é uma necessidade inerente da característica do transporte ferroviário que envolve a combinação de vagões individuais provenientes de diversas origens e com destinos variáveis em trens comuns para que haja economia de combustível e da mão de obra envolvida com a operação dos veículos Na sequência serão apresentados os três setores básicos que compõem um pátio ferroviário Setor de recebimento de trens área destinada à entrada do trem no pátio por meio do seu desvio da linha principal da ferrovia Nesse local a composição é armazenada e inspecionada para que os vagões que necessitem de conserto sejam separados e destinados às oficinas Setor de classificação área reservada ao desmembramento das composições ferroviárias e reagrupamento dos vagões de acordo com destinos comuns que podem ser um outro pátio ferroviário ou o destino final da carga 75 Setor de formação dos trens local destinado à formação dos trens levando em consideração o comprimento máximo estudado no tópico anterior deste bloco Antes da liberação para viagem é realizada uma inspeção rigorosa da composição além da preparação de documentos fiscais e do licenciamento de movimentação pela ferrovia Adicionalmente a esses setores os pátios ferroviários contêm áreas destinadas aos reparos da composição ao reabastecimento de combustível e ao descarregamento das cargas que têm naquele pátio ferroviário o seu destino final Para que as atividades em todos esses setores sejam facilitadas é recomendado que o local destinado à construção do pátio ferroviário seja preferencialmente plano de modo a diminuir o esforçomotriz necessário para movimentação dos veículos b Sinalização ferroviária Como já vimos neste bloco o transporte ferroviário é caracterizado pela locomoção de veículos restrita ao direcionamento dado pelos trilhos Esses veículos em geral possuem grandes distâncias de frenagem devido ao baixo atrito entre rodas e trilhos e a única forma de evitar que ocorram colisões é utilizando a sinalização juntamente com os dispositivos de controle de tráfego para evitar que dois veículos ferroviários estejam no mesmo local ao mesmo tempo Em perímetros urbanos a sinalização ferroviária é fundamental também para evitar que automóveis ou pedestres cruzem a via no momento da passagem das composições ferroviárias fechando esses pontos de intersecção com relativa antecedência Em resumo o papel da sinalização ferroviária é trabalhar de forma que o caminho percorrido pelos trens esteja e permaneça livre até a sua passagem Para isso são utilizados os dois tipos principais de sinalização mostrados na sequência Sinalização visual composta por placas sinais luminosos e faróis com objetivo de fornecer informações ao maquinista relacionadas aos limites de velocidades a presença de interseções túneis e pontes na via a execução de obras no entorno dentre outros Em cruzamentos e interseções têm a função de alertar pedestres e motoristas da passagem da composição ferroviária sendo os sinais luminosos fundamentais para auxiliar no controle durante o período noturno 76 Sinalização acústica composta por sinos e buzinas Os sinos devem ser acionados na aproximação e durante a transposição de passagens em nível em locais com pouca visibilidade em que houver a presença de pessoas ou animais na linha ou próximos a ela em entradas e saídas de oficinas nos postos de abastecimento dentre outros Já as buzinas são utilizadas com acionamento longo máximo de 4 segundos nos casos de riscos de acidentes ferroviários na aproximação de túneis pontes e viadutos na aproximação da cauda de outros trens ou quando houver placas que exijam buzinar O acionamento curto máximo de 2 segundos ocorre antes da partida de trens no início do movimento em manobras e antes de passagens em nível Além dos dois tipos de sinalização principais existe a sinalização manual que consiste na agitação alternada dos dois braços sobre a cabeça ou na região da cintura o que significa situação de emergência informando ao operador que deve ser realizada a parada imediata do trem Esse tipo de sinalização só é aplicado em situações críticas que impossibilitem a utilização de outros tipos de comunicações Para mais informações a respeito desse assunto uma boa fonte de consulta é o Regulamento de Operação Ferroviária da VALEC ROF que apresenta detalhadamente cada tipo de sinalização e os seus devidos usos 310 Modais ferroviários para transporte de passageiros Amplamente utilizada como meio de transporte de cargas como já citado neste bloco a estrutura ferroviária também está presente nos grandes centros principalmente em São Paulo onde o sistema metroferroviário do estado é responsável pelo transporte de 75 das pessoas que utilizam trens ou metrôs em todo o Brasil Mas você sabe dizer qual a diferença entre o trem de passageiros e o metrô No Brasil muitas pessoas diferenciam erroneamente esses dois modais ferroviários de acordo com a superfície em que transitam sendo os trens aqueles que trafegam na superfície e os metrôs os que trafegam por baixo da terra No entanto a divisão não é exatamente essa já que também existem metrôs que trafegam pela superfície 77 A diferenciação na verdade fica por conta dos destinos e números de paradas de cada um já que o metrô geralmente trafega pelo centro da cidade e bairros mais povoados com paradas de curta distância entre uma estação e outra enquanto o trem se locomove pelas regiões metropolitanas e subúrbios da cidade com paradas mais espaçadas se comparado aos metrôs As diferenças entre a aplicabilidade desses dois modos de transporte ajudam a entender as suas características específicas O metrô por trafegar nos grandes centros urbanos densamente povoados e com muitas construções acaba sendo construído no nível subterrâneo forma de desviar dos inúmeros obstáculos que encontraria caso fosse projetado em nível Como os trens trafegam nas regiões metropolitanas e subúrbios da cidade a estrutura ferroviária consegue ser executada na superfície já que a densidade populacional e o número de construções são menores Em São Paulo capital a diferença pode ser observada na prática já que existem os dois tipos de veículos na matriz de transporte de passageiros da cidade por meio do Metrô de São Paulo e dos trens da Companhia Paulista de Trens Metropolitanos CPTM As Figuras 38 e 39 mostram a diferença com relação à superestrutura entre esses dois modais na cidade de São Paulo já que as vias utilizadas para o metrô são formadas por trilhos fixados diretamente sobre placas de concreto superestrutura classificada como rígida enquanto as vias utilizadas para o trem são compostas por uma camada de agregados para assentamento dos dormentes que darão sustentação aos trilhos superestrutura classificada como elástica Fonte httpsviatrolebuscombr201909linha4 amareladometrotemprimeiratrocadetrilhos Figura 38 Trilho do metrô de São PauloSP Fonte httpscartorioemsaopaulocombrsem categoriaqualahistoriadacptm Figura 39 Trilho da CPTM com lastro 78 Por fim outro aspecto relevante que diferencia os dois modais está relacionado à locomoção dos veículos pois os trens de passageiros funcionam como os de carga com locomotivas que rebocam os vagões ao passo que o metrô costuma ter todos os carros motorizados Conclusão Neste bloco foram apresentados tópicos relativos ao sistema de transporte ferroviário Inicialmente foram discutidos o atual cenário da malha ferroviária nacional e as classificações das ferrovias brasileiras Após essa abordagem inicial foram mostrados os elementos que constituem a infraestrutura e superestrutura ferroviária seguida das características do material rodante Foram apresentados ainda os esforços necessários para a locomoção ferroviária e as resistências existentes a esse movimento fundamentais para a determinação da velocidade de equilíbrio e do comprimento máximo do trem Por fim foram abordados também os setores que compõem um pátio ferroviário os diferentes tipos de sinalização e um breve resumo das características de metrôs e trens para o transporte de passageiros Referências Bibliográficas ARK TRENS O formato das rodas dos trens realismo nas maquetes Disponível em httpsirpcdnmultiscreensitecom3b672b6bfilesuploadedRodasTrenspdf Acesso em 18 mar 2021 BITOLAS ferroviárias Planeta Ferrovia Disponível em httpplanetaferroviablogspotcom 201401bitolasferroviariashtml Acesso em 22 mar 2021 CONFEDERAÇÃO NACIONAL DE TRANSPORTE Pesquisa CNT de ferrovias 2015 relatório gerencial Brasília 2015 79 LANG C Qual a história da CPTM Disponível em httpscartorioemsaopaulocombrsemcategoriaqualahistoriadacptm Acesso em 28 mar 2021 LANGONI R A R et al Metodologia para análise operacional de pátios ferroviários de classificação Disponível em httpaquariusimeebbrwebde2profvaniapubspatiosdeclassificacaopdf Acesso em 21 mar 2021 LOBO R Linha 4 Amarela do Metrô tem primeira troca de trilhos Disponível em httpsviatrolebuscombr201909linha4amareladometrotemprimeiratrocade trilhos Acesso em 28 mar 2021 PORTO T G Apostila para a disciplina PTR 2501 Ferrovias Escola Politécnica da Universidade de São Paulo São Paulo 2004 VALEC Regulamento de Operação Ferroviária Brasília 2016 80 4 PROJETO GEOMÉTRICO DE VIAS Apresentação O projeto geométrico de uma via é a parte do projeto que estuda as características do seu traçado em função do relevo do terreno e das condicionantes ambientais e de operação de veículos Neste bloco serão apresentados os elementos básicos para o projeto geométrico de vias que envolve a escolha do traçado e o dimensionamento de curvas horizontais e verticais Com isso objetivase que o aluno tenha uma visão ampla sobre o tema de forma que depois de formado possa ter os conhecimentos básicos para compreensão e desenvolvimento de projetos viários área que demanda a presença do engenheiro civil Somado a essa abordagem ao final será apresentado um comparativo do projeto geométrico de rodovias e ferrovias para que o aluno consiga visualizar as principais diferenças na concepção de projetos de cada um desses meios de transporte 41 Escolha do traçado O traçado de uma via seja ela rodoviária ou ferroviária parte da necessidade de ligação entre duas localidades Instintivamente o melhor caminho para essa ligação se dá por meio de um segmento de reta já que os conceitos básicos de geometria analítica nos dizem que esse é o percurso que fornecerá a menor distância além de conceitualmente ser o trajeto mais rápido No entanto você já deve ter reparado que as estradas são formadas por trechos retilíneos que são intercalados constantemente por curvas tanto horizontais como verticais O que ocorre é que devido a diversas condicionantes que existem entre as duas localidades dificilmente é possível realizar o traçado retilíneo Além disso principalmente no meio rodoviário trechos com retas muito longas são prejudiciais à segurança dos motoristas visto que podem levar à sonolência no volante Mas você saberia dizer quais são as condicionantes que influenciam o projeto geométrico de vias 81 A escolha do melhor traçado leva em consideração a segurança e conforto do usuário ao trafegar na via além do fator econômico que envolve os custos de construção do empreendimento e de manutenção do trecho no decorrer da vida de serviço Um equilíbrio entre esses componentes é fundamental para que a implantação da via traga o melhor custobenefício para a sociedade e no estudo de viabilidade do empreendimento as seguintes condicionantes devem ser consideradas Tipo de relevo as características do relevo da região são fundamentais na escolha do traçado já que os custos de movimentação de terra em geral representam parcela significativa do custo total da obra Em regiões com relevo montanhoso por exemplo a movimentação de terra acaba sendo mais elevada e opções como a construção de túneis e viadutos podem ser consideradas para que os critérios mínimos de aceitação do projeto geométrico sejam respeitados Condições geológicogeotécnicas envolvem o conhecimento dos tipos de solos existentes na região da ocorrência de solos moles das fontes de materiais rochosos para serem empregados durante a etapa de construção dentre outros As características geológicas são fundamentais para a escolha do traçado pois para a construção do pavimento ou das vias férreas é necessário que os materiais utilizados tenham condições mínimas de suportar o tráfego Para isso devese procurar locais com subleito composto de materiais com boa capacidade de suporte e que tenham proximidade de jazidas de materiais pétreos para serem empregados nas camadas do pavimento Condições hidrológicas e ambientais na escolha do traçado da via é importante conhecer os obstáculos hidrológicos rios e córregos e ambientais áreas de preservação e de nascentes presentes na região do empreendimento O traçado escolhido deve minimizar o volume de obras civis evitando sempre que possível a construção de pontes e viadutos Quando for inevitável devese procurar os locais em que as travessias sejam as mais curtas ocorrendo de maneira perpendicular ao eixo da via Além disso a preservação ambiental também deve ser levada em consideração 82 Volume de terraplenagem e distâncias de transporte conceito básico que influencia diretamente nos custos da obra Traçados com menor volume de terraplenagem e com locais de botafora e empréstimo próximos ao eixo da via reduzem o consumo de combustível dos maquinários o tempo de viagem dos caminhões e a necessidade de transporte por longas distâncias Todas essas condicionantes somadas às interferências necessárias com as obras existentes em interseções com outras vias devem ser levadas em consideração pelo projetista na escolha do melhor traçado Para projetistas iniciantes a melhor maneira de desenvolver o projeto é considerando um traçado inicial reto unindo os pontos extremos A partir daí devese considerar as condicionantes presentes na região adicionandose pontos de mudança de trajetória conforme as necessidades As curvas e novas retas formadas vão dando origem a um novo traçado que deve ser trabalhado até que se chegue àquele que otimiza todas as condições levantadas 42 Locação do projeto em campo Definido o melhor traçado para a via seja ela ferroviária ou rodoviária o próximo passo é a locação desse projeto em campo A locação consiste na materialização no terreno dos locais em que devem ser executadas as camadas de terraplenagem e pavimentação bem como as obras de arte e de contenção ao decorrer do trecho Esse processo é realizado por meio do estaqueamento que consiste no posicionamento de estacas em geral a cada 20 m de distância O processo de estaqueamento é realizado com o auxílio de equipes de topografia que posicionam o traçado da via de acordo com suas coordenadas comprimentos de tangentes e ângulos de deflexão No caso do uso de estações totais para o posicionamento em campo o processo inicia com a determinação dos pontos a serem implantados com suas respectivas coordenadas Na sequência é necessária a determinação de pontos de apoio que são locais de coordenadas georrefenciadas que auxiliarão no levantamento Com a estação total posicionada sobre os pontos de coordenadas conhecidas iniciase o processo de implantação das estacas que ocorre a partir dos ângulos e distâncias indicados pela estação total Nos locais indicados é 83 realizado o cravamento das estacas que serviram de referência para as atividades na obra conforme mostrado na Figura 41 Fonte Marcus Lima Figura 41 Locação do projeto em campo Além de serem utilizadas como materialização do projeto em campo as estacas são a unidade de medida de comprimento recomendada na execução e implantação de projetos geométricos Portanto para localização de determinado ponto no trecho a denominação é realizada por meio do estaqueamento expresso na seguinte notação A B em que A representa o número inteiro de estacas e B representa a distância em metros fração de estaca Exemplo um local X distante 4325 metros do início do trecho estaca zero será identificado na obra como sendo a estaca 211250 43 Representação gráfica do projeto Os projetos de engenharia são em geral representados por meio de desenho técnico na forma digital Na área de projetos geométricos não é diferente podendo ser encontrados diversos softwares desenvolvidos especificamente para essa função como o AutoCAD Civil 3D OpenRoads entre outros Independente do software utilizado para realização de um bom projeto geométrico é fundamental que o engenheiro tenha ciência das formas de representação e do papel conjunto delas para 84 o pleno entendimento do projeto Neste bloco serão estudadas as três principais formas de representação denominadas planta seção transversal e perfil longitudinal Planta representação do traçado da rodovia no plano horizontal sobre a planta topográfica do terreno mostrando as interferências da via no terreno natural A representação em planta ocorre por meio de tangentes e curvas horizontais assuntos tratados nos tópicos 44 45 e 46 deste bloco Seções transversais representação dos elementos da rodovia por meio de um corte perpendicular ao eixo da via A representação na seção transversal ocorre por meio das larguras de faixas de tráfego acostamentos e plataformas das inclinações transversais da pista e dos elementos de drenagem e taludes laterais conforme abordado no item 47 deste bloco Perfil longitudinal representação gráfica em que é apresentada a relação entre o distanciamento horizontal eixo x e a variação das cotas altimétricas eixo y A representação no perfil longitudinal ocorre por meio das curvas verticais e das inclinações das rampas de aclive e declive assuntos abordados nos itens 48 e 49 deste bloco O projeto geométrico de determinado trecho de uma via é composto por uma planta um perfil longitudinal e quantas seções transversais forem necessárias para a sua completa definição Individualmente cada uma das representações tem sua importância mas ter bons perfis horizontais verticais e uma seção transversal adequada não é garantia de que um projeto seja bemsucedido devendo o projetista estar atento para a combinação da planta com o perfil longitudinal ao realizar o dimensionamento já que bons perfis horizontais e verticais precisam estar alinhados para que forneçam um bom aspecto tridimensional à via rodoviária ou ferroviária Na Tabela 41 são apresentadas diferentes combinações de plantas e perfis que podem ser encontradas em rodovias 85 Tabela 41 Combinação dos elementos em planta e em perfil Planta Perfil Elemento espacial Tangente Trecho reto Tangente com inclinação única Tangente Curva Concavidade em tangente Curva Trecho reto Curva horizontal c inclinação única Curva Curva Concavidade com curva horizontal Fonte adaptado DERSC 1999 44 Tipos de curvas horizontais Como já foi comentado o traçado de uma via é composto por uma sequência intercalada de segmentos de retas e de curvas Na nomenclatura de projetos geométricos ao trabalhar com o plano horizontal os trechos retos são denominados tangentes enquanto os curvos são chamados de curvas de concordâncias horizontais Dentre as curvas horizontais podem ser encontradas em projetos rodoviários quatro categorias diferentes Curva circular simples formada por um arco de circunferência que se liga diretamente às tangentes sendo caracterizada pelo raio de curvatura R e pelo ângulo de deflexão AC Curva de transição bastante utilizada nos projetos geométricos para suavizar a passagem dos trechos retos para os de curva circular simples por meio do aumento progressivo da curvatura Curva circular composta formada pela ligação de duas curvas circulares simples consecutivas com raios de curvatura diferentes sendo pouco utilizadas nos projetos de engenharia 86 Curva circular reversa formada pela ligação de duas curvas circulares simples com mesmo raio de curvatura porém com centros de curvaturas opostos originando uma curva em formato de S Neste bloco aprenderemos a projetar curvas das duas primeiras categorias já que são as mais usuais em projetos geométricos de estradas e ferrovias Inicialmente serão apresentados os critérios de projeto das curvas circulares simples para que em seguida seja possível o aprendizado do posicionamento das curvas de transição entre estas e as tangentes 45 Curvas horizontais circulares simples No dimensionamento das curvas circulares os dois critérios principais que devem ser levados em consideração são o raio de curvatura R e o ângulo de deflexão AC O raio de curvatura nada mais é do que o raio da circunferência que dá origem ao arco formador da curva enquanto o ângulo de deflexão AC é o ângulo formado entre as duas tangentes interligadas à curva projetada Além disso as curvas circulares possuem ainda três pontos notáveis mostrados na sequência Ponto PI ponto de intersecção entre as duas tangentes que dão origem à curva Está posicionado fora do alinhamento da estrada porém é importante na determinação dos demais pontos notáveis Ponto PC ponto de início da curva circular localizado dentro do alinhamento do projeto Ponto PT ponto de tangência ou final da curva também localizado no alinhamento do projeto 87 Na Figura 42 podem ser observados os principais parâmetros de uma curva circular simples em que além dos pontos notáveis apresentados acima são mostrados R raio da curva metros AC deflexão entre as tangentes graus T comprimento da tangente da curva m D desenvolvimento da curva parâmetro que indica o comprimento a ser percorrido pelo motorista m O centro da curva Fonte Pimenta et al 2017 Figura 42 Curva horizontal circular simples Para a determinação do comprimento da tangente T e do comprimento da curva D são utilizadas as Equações 41 e 42 respectivamente Equação 41 Comprimento da tangente da curva Equação 42 Desenvolvimento da curva Com esses parâmetros calculados é possível a determinação dos pontos notáveis O ponto PI é determinado a partir da intersecção de duas tangentes que devem ser traçadas no terreno de acordo com as recomendações descritas no item 41 Sabendo o estaqueamento de PI a determinação das estacas de PC e PT é dada pelas Equações 43 e 44 respectivamente Equação 43 Estaca do ponto de início da curva circular PC Equação 44 Estaca do ponto de término da curva circular PT Determinados os pontos notáveis do projeto geométrico procedese a etapa de locação da obra em campo que consiste na localização dos elementos principais da via no terreno em que será construída Para essa etapa é importante o conhecimento do grau da curva G ângulo central que corresponde ao arco de comprimento igual ao 88 espaçamento entre estacas Para o espaçamento entre estacas de 20 metros o grau da curva é obtido pela Equação 45 Equação 45 Grau da curva G Para a realização de um bom projeto geométrico é fundamental que no dimensionamento de curvas horizontais sejam adotados raios de curvatura coerentes visto que raios muito pequenos levam a curvas demasiadamente fechadas colocando em risco a segurança dos usuários Por outro lado curvas com raios muito elevados podem ser desconfortáveis sendo função do projetista a definição da melhor combinação de raios e ângulos de deflexão 46 Curvas horizontais de transição A definição do traçado da rodovia com a intercalação direta de trechos retos e arcos circulares curvas circulares simples causa problemas nos pontos de concordância já que é gerada uma descontinuidade na passagem de um trecho para outro Para corrigir esse problema devem ser previstos trechos de transição com curvatura progressiva entre a tangente e a curva circular de modo a proporcionar um traçado fluente sem descontinuidades e esteticamente agradável conforme mostrado na Figura 43 Fonte Pimenta et al 2017 Figura 43 Vistas em perspectiva de curvas horizontais com e sem transição 89 Esses trechos de transição são denominados curvas de transição e o seu dimensionamento para o setor rodoviário envolve o cálculo de diversos parâmetros iniciando pela determinação do comprimento de transição que deve ter seu valor mínimo calculado com base em três critérios conforme mostrado nas Equações 46 a 49 Equação 46 Critério dinâmico Equação 47 Critério de tempo o Eq 48 Critério estético Vp 80 kmh o Eq 49 Critério estético Vp 80 kmh Em que Lsmín distância mínima de transição m e superelevação Vp velocidade de projeto kmh largura da faixa de tráfego Rc raio do trecho circular m O comprimento mínimo de transição adotado é o maior valor encontrado entre os três critérios calculados Já o comprimento máximo de transição é obtido para o caso do desenvolvimento da curva circular ser igual a zero conforme mostrado na equação 410 Há ainda uma fórmula para a determinação do comprimento de transição desejável que é igual a duas vezes o Lsmín calculado pelo critério dinâmico conforme apresentado na equação 411 Equação 410 Comprimento máximo Equação 411 Comprimento desejável Para determinação da distância da curva de transição devem ser calculados os comprimentos mínimo e máximo devendo o valor adotado estar obrigatoriamente compreendido entre esses dois parâmetros O comprimento de transição desejável 90 caso obedeça à regra citada deve ser o adotado geralmente arredondado para o múltiplo de 50 imediatamente superior ao seu valor Nas curvas de transição além do ponto PI existem outros quatro pontos notáveis conforme apresentado na sequência Ponto TS ponto de início da curva de transição calculado pela estaca PI menos a distância da tangente total TT Ponto SC ponto de término da curva de transição e de início da curva circular calculado pela estaca do ponto TS somado ao comprimento da curva de transição Ls Ponto CS ponto de término da curva circular e de início da curva de transição de saída calculado pela estaca do ponto SC somado ao desenvolvimento da curva circular Eq 42 Ponto ST ponto final da curva de transição de saída e início do trecho tangente calculado pela soma da estaca do ponto CS com o comprimento da curva de transição Ls Para o cálculo dos pontos notáveis é necessária a determinação da distância da tangente total TT que por sua vez depende de uma série de outros parâmetros conforme mostrado nas Equações 412 a 417 e na Figura 44 91 Fonte adaptado de Pimenta et al 2017 Figura 44 Curva de Transição o Eq 412 Distância da tangente total TT Equação 413 Ângulo de transição θs o Eq 414 Afastamento p o Eq 415 Abscissa do centro Q Equação 416 Distância Xs o Eq 417 Distância Ys 47 Seção transversal As seções transversais são representações gráficas geradas a partir de cortes no plano vertical definidos perpendicularmente ao eixo da rodovia Alguns dos parâmetros usualmente representados nesse tipo de seção são as inclinações transversais de pistas e acostamentos as larguras das faixas de rolamento e os dispositivos de drenagem superficial conforme mostrado na Figura 45 92 Fonte adaptado de Pimenta et al 2017 Figura 45 Seção transversal Nos projetos geométricos os locais em que será realizada a representação da seção transversal são definidos de acordo com as seções tipo da via denominação dada a uma seção padrão que representa determinada extensão com os mesmos parâmetros geométricos Essa seção define as dimensões e inclinações padrões sendo necessária a realização de uma nova seção tipo sempre que os elementos da via forem alterados Os principais elementos geométricos que compõem um projeto rodoviário são definidos na sequência Faixa de tráfego local destinado ao fluxo de veículos projetado de acordo com a largura de um veículo padrão acrescido de um espaço de segurança No Brasil em geral são utilizadas faixas de tráfego com larguras que variam de 30 m a 36 m sendo que quanto maior a largura da faixa maior a segurança transmitida ao usuário Pista de rolamento conjunto de faixas de tráfego adjacentes cuja largura é dada pela soma das larguras das faixas de tráfego independente do sentido de movimento Acostamento faixa posicionada à direita do motorista na pista de rolamento destinada à parada rápida de veículos estacionamento em casos de emergência e ao trânsito de pedestres e ciclistas quando não houver uma faixa destinada exclusivamente para eles A largura dos acostamentos é em função da velocidade permitida na via variando na maioria dos casos entre 250 m e 360 m Plataforma espaço localizado entre os pontos de início dos taludes laterais de ambos os lados 93 Faixa de domínio faixa destinada à construção operação e futuras ampliações da rodovia Variam de 50 m a 120 m de acordo com a classe local e condições geotécnicas da via Taludes laterais executados para a conformação do terreno natural com as cotas previstas no projeto geométrico podendo ser taludes de corte ou de aterro conforme mostrado na Figura 45 Espaços para drenagem locais destinados para execução de dispositivos de drenagem superficial sendo fundamental que na concepção de projeto a plataforma tenha espaço destinado para esses dispositivos de modo que os taludes de aterro e de corte sejam executados prevendo a largura destinada à drenagem Separador central espaço utilizado nas rodovias de pista dupla para separação das correntes de tráfego Podem ser formados por barreiras de concreto ou metálicas por calçadas com guias ou por um canteiro central gramado sendo considerado um elemento de segurança viária já que evita a ocorrência de colisões frontais entre os veículos Além dos elementos geométricos a definição das inclinações transversais das faixas de tráfego e acostamento também devem ser definidas nas seções transversais De acordo com o Manual de Projeto Geométrico do DNER 1999 as inclinações recomendadas para trechos tangentes variam de acordo com o tipo de pavimento conforme mostrado na sequência 15 para pavimentos de concreto de cimento Portland 20 para pistas de revestimento betuminoso de alta qualidade 25 a 30 para pavimentos betuminosos de grande rugosidade 30 a 40 para vias não pavimentadas Por ter valores pequenos a inclinação transversal é praticamente imperceptível para os motoristas porém é fundamental para a drenagem superficial evitando que a água proveniente da chuva se acumule nas faixas de tráfego Os acostamentos sempre que 94 possível devem ter inclinações um pouco maiores que as utilizadas na pista de rolamento Em trechos de tangente é usual a utilização de inclinações de 2 para as faixas de rolamento e de 5 nos acostamentos Nos trechos em curva o perfil transversal da rodovia é alterado pois é considerada a superelevação inclinação transversal da pista no sentido do centro da curva para obtenção de uma componente contrária à força centrífuga imposta ao veículo devido à mudança de direção Para mais informações sobre o cálculo da superelevação e consequentemente do perfil transversal da rodovia em curvas consultar o capítulo 6 do livro Projeto Geométrico de Rodovias indicado nas referências deste bloco 48 Perfil longitudinal O traçado de uma via sofre alterações de trajetória no plano vertical devido à presença de acidentes geológicos e ao relevo do terreno devendo o traçado da via se adequar às condições geológicogeotécnicas do local sobre o qual irá passar Essa adequação no plano vertical é denominada como perfil longitudinal que deve proporcionar segurança aos motoristas e boas condições de operacionalidade sendo função do projetista combinar as necessidades dos usuários com os recursos disponíveis da melhor forma possível Para o projeto do perfil longitudinal inicialmente é realizado o levantamento do perfil do terreno no eixo do traçado escolhido representado usualmente por uma escala vertical dez vezes maior que a horizontal de maneira a possibilitar uma boa visualização das variações de altitudes Devido às suas irregularidades esse perfil levantado não pode ser utilizado como leito natural da via precisando ser substituído por uma superfície projetada denominada como perfil de projeto ou greide O greide da via é formado por uma sequência de rampas ascendentes ou descendentes concordadas entre si por curvas verticais Para a melhor operacionalidade dos veículos essas rampas devem sempre que possível ter inclinações suaves e serem concordadas com curvas verticais de raio grande de modo a permitir o tráfego dos veículos com velocidade uniforme em todo o trecho 95 No entanto à medida que o relevo se torna mais acidentado a escolha por essas características de projeto leva a grandes aumentos de movimentação de terra e consequente encarecimento da obra Caso a análise do custobenefício aponte para a necessidade de rampas íngremes faixas adicionais devem ser projetadas nas subidas para o tráfego dos veículos pesados que terão redução considerável de velocidade de percurso nesses trechos Conforme apresentado na Figura 46 o perfil longitudinal de uma via é um gráfico cartesiano em que é apresentada a relação entre o distanciamento horizontal eixo x e a variação das cotas altimétricas eixo y Como já foi comentado neste bloco o distanciamento horizontal em projetos geométricos é sempre representado em termos de estacas Fonte adaptado de Pimenta et al 2017 Figura 46 Perfil longitudinal Na Figura 46 podem ser observadas as inclinações das rampas ascendentes e descendentes Por convenção consideramse as rampas ascendentes como positivas e as descendentes como negativas de acordo com o sentido do estaqueamento do projeto Em relação aos efeitos da inclinação na operacionalidade dos veículos os automóveis conseguem vencer rampas em aclive de 4 a 5 sem reduções significativas da velocidade enquanto os ônibus e caminhões leves e médios conseguem transitar em trechos de até 3 sem grandes alterações 96 As inclinações máximas permitidas no projeto dependem de algumas características como a classe da rodovia a velocidade de projeto e o relevo da região A Tabela 42 mostra os valores máximos recomendados para as inclinações de acordo com o Manual de Projeto Geométrico do DNER 1999 Tabela 42 Inclinação máxima de rampas Classe de Projeto Relevo Plano Ondulado Montanhoso Classe 0 3 4 5 Classe I 3 45 6 Classe II 3 5 7 Classe III 4 6 8 Classe IVA 4 6 8 Classe IVB 6 8 10 Fonte DNER 1999 Como já comentado sempre que possível devese evitar a utilização desses valores máximos procurando a utilização de rampas mais suaves Em trechos em que a água não consegue ser evacuada no sentido transversal da via como na região de cortes ou em pistas com guias laterais é necessária a consideração de inclinações longitudinais mínimas para o escoamento no sentido longitudinal Nesse caso os valores mínimos recomendados são de 05 em rodovias com pavimento de alta qualidade e de 10 para rodovias com pavimento de qualidade média ou baixa 49 Curvas verticais As curvas verticais são utilizadas para concordância de rampas de diferentes inclinações sendo geralmente formadas por parábolas simples de 2 grau que de acordo com a sua concavidade podem ser classificadas em curvas côncavas ou convexas conforme mostrado na Figura 47 Fonte httpsbitlybrcomyApT adaptado Figura 47 Curva vertical côncava e convexa 97 Na Figura 47 podem ser observados também os pontos notáveis das curvas verticais explicados com mais detalhes na sequência Ponto PIV ponto de intersecção entre as duas rampas que dão origem à curva Está posicionado fora do alinhamento da estrada porém é importante na determinação dos demais pontos notáveis Ponto PCV ponto de início da curva vertical localizado dentro do alinhamento do projeto Ponto PTV ponto de tangência ou final da curva também localizado no alinhamento do projeto Os pontos notáveis das curvas verticais são locados no projeto pelo estaqueamento assim como nas curvas horizontais O que diferencia a caracterização dos dois tipos de curvas é a necessidade da determinação da cota dos pontos notáveis para completa caracterização das curvas verticais Sendo assim a partir da definição desses dois parâmetros no PIV é possível calcular as estacas e cotas dos pontos PCV e PTV utilizando as Equações 418 a 421 Equação 418 Estaca do PCV Equação 419 Cota do PCV Equação 420 Estaca do PTV Equação 421 Cota do PTV Em que Lv comprimento da curva vertical projeção horizontal inclinação da primeira rampa sendo ascendente e descendente inclinação da segunda rampa sendo ascendente e descendente As curvas verticais devem ser projetadas de maneira a garantir as condições de segurança visibilidade e conforto aos motoristas Dessa forma para o 98 dimensionamento do comprimento da curva é levada em consideração a distância de frenagem dos veículos df e a diferença algébrica entre rampas consecutivas δ calculados de acordo com as Equações 422 e 423 respectivamente Equação 422 Distância de frenagem Equação 423 Diferença entre rampas Em que df distância total de frenagem m Vp velocidade de projeto da via kmh f coeficiente de atrito longitudinal entre o pneu e o pavimento i inclinação da rampa expressa em decimais sendo ascendente e descendente diferença entre as inclinações das rampas ou decimais O coeficiente de atrito longitudinal f depende das condições do pavimento e da velocidade na via sendo recomendado pela AASTHO valores de 028 a 030 para vias com velocidade de projeto entre 80 kmh e 120 kmh A partir da distância de frenagem e a da diferença de inclinações entre rampas é possível calcular o comprimento mínimo da curva vertical Lvmín levando em consideração o tipo de curva côncava ou convexa e duas situações que relacionam o comprimento mínimo com a distância de frenagem df conforme mostrado na Tabela 43 Tabela 43 Fórmulas para o cálculo do comprimento mínimo da curva vertical Lvmín Tipo de curva Caso 1 df Lv Caso 2 df Lv Côncavas Convexas A partir do comprimento mínimo calculado por meio da Tabela 43 o comprimento da curva vertical é adotado devendo ser verificado se esse valor é maior que a velocidade 99 de projeto multiplicada por 06 fator limitante para a comodidade e segurança dos usuários Com o valor do comprimento da curva é possível calcular o estaqueamento dos pontos notáveis de acordo com as Equações 418 a 421 e o raio da curva vertical conforme a Equação 424 mostrada na sequência Equação 424 Raio da curva vertical Em que Rv raio da curva vertical m Lv comprimento da curva vertical projeção horizontal diferença entre as inclinações das rampas ou decimais 410 Peculiaridades do projeto geométrico de ferrovias e recomendações gerais O projeto geométrico de rodovias e ferrovias segue metodologias de dimensionamento bem parecidas As recomendações apresentadas neste bloco sobre a escolha do traçado da via locação em campo representação gráfica de projetos e dos tipos de curvas horizontais são válidas para ambos os meios de transporte Além disso as fórmulas para o cálculo das curvas horizontais simples também são as mesmas Apesar das várias semelhanças existem peculiaridades resultantes das características intrínsecas de cada modo Na escolha do traçado por exemplo enquanto nas rodovias não são recomendados trechos em tangentes muito longos devido à monotonia gerada aos motoristas nas ferrovias esta é a opção ideal só sendo utilizadas mudanças de trajetória em locais realmente necessários Em relação ao perfil longitudinal o procedimento e as diretrizes básicas de projeto são as mesmas incluindo os pontos notáveis e as fórmulas para sua determinação A diferença fica por conta das inclinações de rampas adotadas e no cálculo do comprimento da curva vertical já que em ferrovias o recomendado é que as rampas não tenham inclinações superiores a 125 nas vias principais carga e a 40 nas vias 100 secundárias e de transporte de passageiros Para o dimensionamento do perfil de ferrovias em locais com tráfego de cargas predominantes em um sentido é permitido que no sentido de retorno com trens mais leves sejam empregadas rampas com valores maiores mas que ainda assim são inferiores aos empregados nas vias rodoviárias Nas curvas horizontais as fórmulas utilizadas para o dimensionamento são as mesmas como já foi comentado Entretanto os raios de curvatura adotados são maiores nas vias ferroviárias devido às características rígidas dos eixos de seus veículos que por isso necessitam de um raio maior para realização das curvas em uma mesma velocidade de tráfego Para o meio ferroviário o recomendável é a utilização de raios superiores a 300 m no entanto devem ser utilizados raios superiores sempre quando possível Já para as rodovias o raio mínimo pode ser calculado pela Equação 425 Equação 425 Raio mínimo da curva horizontal circular em rodovias Em que Rmin raio mínimo da curva horizontal circular em rodovias m V velocidade diretriz da via kmh emáx superelevação máxima adotada mm fmáx coeficiente de atrito transversal máximo admissível entre o pneu e o pavimento adimensional Independente se a via é ferroviária ou rodoviária raios de curvatura mínimo ou próximos deles devem ser evitados já que traçados compostos por curvas de raios pequenos reduzem demasiadamente a velocidade das composições ferroviárias e causam desconforto e riscos de acidentes no caso rodoviário Outras recomendações para o desenvolvimento do traçado horizontal envolvem sempre que possível utilizar uma curva única para substituir duas curvas consecutivas no mesmo sentido e adotar raios de curvatura grandes em curvas com ângulos centrais pequenos 101 No dimensionamento do perfil longitudinal devese procurar sempre que possível um greide balanceado composto por rampas suaves e curvas verticais de grandes raios Trechos de rampas extensos prejudicam demais a operacionalidade dos veículos em ambos os meios de transporte pois fazem com que os veículos percam velocidade nas subidas e que exijam muito dos freios na descida podendo levar os condutores a superar os limites de velocidade Nesse caso a utilização de rampas ascendentes e descendentes combinadas pode ser a solução mais adequada É importante destacar novamente a importância da análise conjunta do perfil horizontal e longitudinal da via sendo descritas na sequência algumas recomendações e situações a que o projetista deve estar atento no dimensionamento de acordo com Pimenta et al 2017 Uma curva vertical de grande comprimento contida em uma curva horizontal de grande raio gera um aspecto tridimensional que em geral representa uma boa solução Curvas horizontais contidas em curvas verticais devem ser evitadas já que reduzem os espaços de visibilidade Curvas horizontais de pequeno raio não devem ser projetadas próximo ao topo de curvas convexas pois dificultam a percepção da mudança de direção No caso rodoviário curvas côncavas não devem ser combinadas com curvas horizontais de pequeno raio já que os caminhões costumam aumentar a velocidade nesse tipo de curva vertical o que pode dificultar a realização da curva horizontal Não devem ser projetadas curvas côncavas em regiões de corte pois essa solução impossibilita a drenagem no sentido transversal e longitudinal da via Locais com rampas muito suaves necessitam de cuidados especiais para garantir uma drenagem eficiente Por fim é importante que o aluno tenha ciência de que um bom projeto viário é aquele que oferece segurança e conforto ao usuário sem restringir a capacidade de 102 tráfego da via Nesse sentido a escolha e dimensionamento adequado do traçado e do greide da pista é essencial para o sucesso do empreendimento Os conhecimentos apresentados neste bloco fortalecem a base de formação dos engenheiros para o desenvolvimento de projetos No entanto o processo de aprendizagem é contínuo e a cada experiência se tiram novas lições que serão levadas aos projetos seguintes Conclusão Neste bloco foram apresentados tópicos relativos ao projeto geométrico de vias onde procurouse mostrar os principais critérios de dimensionamento para o caso rodoviário e as semelhanças e diferenças desses parâmetros para o modo ferroviário Inicialmente foram abordados os elementos levados em consideração na escolha do traçado e a forma de locação do projeto em campo para orientar a execução Após essa abordagem inicial foram mostradas as formas de representação gráfica de um projeto geométrico com foco para a maneira como elas se combinam para resultar em uma via de bom desempenho Foram apresentados também os tipos de curvas horizontais com destaque para as curvas circulares simples e as de transição amplamente utilizadas em projetos rodoviários e ferroviários Mostraramse ainda os principais elementos que compõem a seção transversal de uma rodovia e os parâmetros necessários para o dimensionamento do perfil longitudinal Por fim foi realizado um apanhado das principais semelhanças e diferenças nos projetos geométricos rodoviários e ferroviários além de apresentadas recomendações gerais para o desenvolvimento dos traçados de ambas as vias Referências Bibliográficas DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DE SANTA CATARINA DERSC Diretrizes para a concepção de estradas condução do traçado Florianópolis SC 1999 DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM DNER Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais Rio de Janeiro 1999 103 PIMENTA C R T et al Projeto Geométrico de Rodovias Rio de Janeiro Elsevier 2017 Minha Biblioteca 104 5 AERÓDROMOS E HELIPONTOS Apresentação No início do século XX foram criadas as primeiras empresas de aviação no mundo devido a uma demanda no transporte de carga e de passageiros Nesse momento ações governamentais e iniciativas privadas se uniram para desenvolverem tecnologias no campo da aviação o que gerou inovação no comércio global Aqui no Brasil a aviação comercial teve início em 1927 com a criação das primeiras empresas aéreas FERREIRA 2017 Hoje os destinos domésticos correspondem majoritariamente aos embarques de passageiros em voos que decolam de aeroportos brasileiros sendo feitos principalmente na região sudeste A aviação civil contribui para a geração de 64 milhões de empregos diretos e indiretos Embora muitos dos conhecimentos utilizados na aviação civil aqui no Brasil tenham sido importados de órgãos estrangeiros como por exemplo a Federal Aviation Administration FAA no Brasil temse a Agência Nacional de Aviação Civil ANAC que é uma agência reguladora do transporte aeroviário A ANAC foi criada em 2005 com o objetivo de garantir a segurança e a excelência da aviação civil sendo responsável por regular e fiscalizar as atividades da aviação civil além da infraestrutura aeronáutica e aeroportuária no Brasil Ao se tratar da infraestrutura aeroportuária muitas pessoas confundem o conceito de aeródromo com o conceito de aeroporto Por definição um aeródromo é toda a área destinada a pouso decolagens e movimentação de aeronaves Por outro lado um aeroporto é além da pista de pouso e decolagem toda a infraestrutura necessária à operação do aeródromo incluindo as instalações para apoio de operações aeronáuticas locais de embarque e desembarque estacionamento etc Para o projeto e construção dos aeródromos bem como as operações de voo é preciso que o profissional inserido nesse ramo entenda conceitos aplicáveis ao cotidiano do transporte aeroviário Fazse necessário então capacitar o Engenheiro 105 Civil para sua atuação nesse setor já que ele é responsável e deve ser capaz de fiscalizar projetar e acompanhar obras de construção de aeródromos garantindo o tráfego seguro e funcional nas pistas de pouso e decolagem Neste bloco vamos tratar das configurações dos aeródromos tais como comprimento e orientação da pista tipos de pavimentos empregados Serão abordadas também definições das características principais dos helipontos Esperase que o aluno ao final deste bloco tenha um panorama geral dos itens necessários para elaboração de projetos e adequação de aeródromos e helipontos com base nas operações que neles acontecem 51 Características do avião Fonte adaptado de VectorMine Shutterstock Figura 51 Principais partes do avião No transporte aéreo são diversos os veículos que utilizam a atmosfera como meio de transporte Neste bloco vamos nos ater apenas ao avião e suas características de navegação O deslocamento do avião se dá através de forças de ação mútua entre o ar e o avião O desempenho de uma aeronave é dado em função de suas características geométricas e mecânicas As partes que compõem o avião são as seguintes conforme mostradas na Figura 51 Asas geram as forças de sustentação 106 Superfícies fixas e móveis lemes flapes eleirões estabilizadores etc controlam a posição da aeronave Sistema propulsor turbinas garante tração e empuxo necessários ao deslocamento Fuselagem estrutura da aeronave que liga todas as outras partes Para que o avião se mantenha estável durante seu deslocamento no ar existem algumas forças atuantes durante seu movimento A força total resultante faz com que o corpo imerso em um fluido no caso o ar se desloque voando em nível empurrando a massa de ar para trás Ao mesmo tempo em que se desloca para frente existe um conjunto de forças que garante que o avião mantenha altitude quando necessário se contrapondo à força peso Vamos dividir esses conjuntos de forças em duas componentes força de ARRASTO e força de SUSTENTAÇÃO respectivamente É importante ressaltar que ambas as forças são forças dinâmicas geradas devido ao movimento do avião por isso quando em repouso essas forças desaparecem O arrasto é uma força tangencial ao deslocamento formado devido ao atrito da superfície com o ar No voo em nível o arrasto deve ser vencido pela força propulsora dos motores Já a sustentação é uma força que tem direção ortogonal à velocidade e é gerada nas partes móveis do avião genericamente chamadas de aerofólios Os aerofólios estão localizados nas asas do avião e por se tratarem de superfícies móveis são responsáveis pelos movimentos de subida e descida do avião gerados pelo módulo da força de sustentação em relação ao peso O perfil dos aerofólios é longo e achatado e uma característica fundamental para se criar a força de sustentação é o seu ângulo de ataque O ângulo de ataque é o ângulo entre a posição do aerofólio e a velocidade aerodinâmica que permite que se crie a força de sustentação para se balancear a força peso quando do voo em nível por exemplo Quanto maior o ângulo de ataque maior a força de sustentação desenvolvida na asa do avião Para quantificar as forças de sustentação L e de arrasto D que atuam nas asas temos as Equações 51 e 52 107 Equação 51 Força de Sustentação L Equação 52 Força de Arrasto D Sendo CL Coeficiente de sustentação adimensional CD Coeficiente de arrasto adimensional L Sustentação N D Arrasto N S Área das asas m2 ρ Massa específica do ar kgfm3 V Velocidade aerodinâmica ms Os valores de CL e CD são retirados de gráficos e de acordo com o perfil do aerofólio Como exemplo temos o perfil do National Advisory Comitee for Aeronautic NACA NACA 23012 apresentado na Figura 52 As características do perfil NACA 23012 foram obtidas experimentalmente Além das forças de sustentação e de arrasto nas asas outra força atuante na aeronave que é importante ser quantificada é a força de arrasto devido ao atrito arfuselagem O cálculo do arrasto da fuselagem é dado pela Equação 53 Fonte Notas de aula Sória 2006c Figura 52 Coeficientes de sustentação e de arrasto em função do ângulo de ataque para o perfil NACA 23012 0 0 008 008 016 024 032 040 048 24 16 8 04 0 04 08 12 16 2 24 8 4 0 4 8 12 16 20 24 28 32 ÂNGULO DE ATAQUE graus EFICIÊNCIA E L D CL CD CD CL E PERFIL NACA 23012 Re 8370000 COEFICIÊNCIENTE DE SUSTENTAÇÃO COEFICIÊNCIENTE DE ARRASTO 108 Equação 53 Força de Arrasto na Fuselagem D Sendo DR Força de arrasto da fuselagem N CDR Coeficiente de arrasto adimensional SR Área de referência área da fuselagem m2 ρ Massa específica do ar kgfm3 V Velocidade aerodinâmica ms 52 Composição de peso e desempenho do avião Até aqui falamos das forças que estão relacionadas ao movimento do avião no ar as forçam de sustentação e de arrasto No entanto é importante ressaltar que para que haja o equilíbrio entre forças é preciso entender as composições de peso do avião A seguir apresentaremos alguns conceitos de componentes de peso do avião e como a variação desses pesos interfere no desempenho da aeronave Podemos dividir os pesos que compõem uma aeronave em 3 partes o peso do avião em si o peso da carga transportada pelo avião e o peso do combustível necessário para a viagem Quando tratamos do peso do avião em si chamamos esse peso de peso básico operacional PBO O PBO é composto de todas as estruturas assentos tripulação e equipamentos diversos Nele excluemse a carga paga e o combustível necessários para o deslocamento O segundo conceito dentro da composição de peso é o termo carga paga A carga paga é a soma de todos os itens transportados que geram receita sendo eles passageiros bagagem correios e a carga em si Por fim temos o combustível total que é a soma do combustível utilizável na viagem e do combustível reserva que representa 10 do combustível a se consumir na viagem combustível para o voo até um aeroporto alternativo combustível de espera para pelo menos 30 minutos de voo Durante a operação das aeronaves alguns limites são estabelecidos para que o avião trafegue com segurança ao longo do seu percurso inclusive nas manobras no solo Dentre os limites de peso para a operação da aeronave neste bloco vamos tratar apenas do Peso Máximo de Decolagem PMD por ser o mais importante no cálculo de comprimento de pista que veremos nos subtemas seguintes O PMD é o maior valor de 109 peso da aeronave considerando as questões estruturais do avião e de aeronavegabilidade O limite do PMD é imposto por fatores como comprimento e declividade da pista condições de temperatura pressão vento e condições de frenagem No momento de compor a carga do avião o operador da aeronave deve se atentar para que o somatório dos componentes de peso não ultrapasse o PMD daquela aeronave antes de iniciar a corrida de decolagem Para isso a soma do peso básico operacional da carga paga e do combustível deve ser igual ou menor que o PMD Para verificar o desempenho de uma aeronave é comum utilizarmos a curva de carga paga versus distância alcance da aeronave O raciocínio para interpretação da curva mostrada na Figura 53 é que estabelecida a carga paga máxima C1 podese aumentar o alcance da aeronave adicionando combustível até atingir o ponto igual ao PMD A partir desse ponto se for preciso aumentar o alcance da aeronave devese substituir a carga paga pelo combustível Por fim o trecho final da curva indica que quando se deseja aumentar o alcance com a quantidade máxima de combustível a solução é retirar carga paga Fonte Notas de aula Sória 2006a Figura 53 Gráfico de Carga paga vs Alcance 110 53 Operações de pouso e decolagem Nesta seção os procedimentos de pouso e decolagem da aeronave serão detalhados a fim de definir as decisões tomadas pelos pilotos com base nas condições da pista e na mecânica geral dos aviões a Decolagem No procedimento de decolagem é fundamental que o comprimento da pista seja suficiente para que caso o piloto decida abortar a decolagem devido a algum problema mecânico ele tenha condições de parar a aeronave com segurança Ao mesmo tempo se o piloto tomar a decisão de prosseguir com a decolagem ele precisa fazêla com segurança A decisão de decolar ou abortar a decolagem é feita em um determinado ponto da pista em que o avião atinge uma determinada velocidade As velocidades atingidas durante o procedimento de decolagem são descritas a seguir Velocidade de decisão V1 nesta velocidade o operador pode escolher prosseguir com a decolagem ou abortála caso um dos motores tenha pane total e perca sua potência Ao escolher prosseguir com a decolagem o piloto pode acelerar a aeronave mesmo com a potência reduzida até a velocidade de subida para então concluir a decolagem Caso o piloto decida abortar a decolagem ele terá comprimento de pista suficiente para parar a aeronave com segurança Depois dessa velocidade não será possível mudar de decisão A V1 é definida pelos manuais de cada aeronave Velocidade de rotação Vr nesta velocidade o piloto começa a rotacionar a aeronave em torno do seu eixo transversal em outras palavras a aeronave começa a levantar o nariz retirando as rodas dianteiras do chão Velocidade de decolagem Vlof velocidade na qual o avião sai do chão de fato e é sustentado pelo ar do inglês liftoff speed Velocidade de subida V2 velocidade em que o piloto inicia a subida depois de ter passado 107 metros da superfície da pista Com base nas velocidades definidas acima as distâncias necessárias na pista de corrida de decolagem são estabelecidas a partir das situações de decolagem sem falha de 111 motor decolagem com falha de um motor ou da escolha de abortar a decolagem Os procedimentos para essas situações são descritos a seguir observe também a Figura 54 a A aeronave se posiciona na cabeceira da pista A e o piloto imprime potência máxima aos motores para a corrida de decolagem TOR b Na situação de falha de um dos motores o piloto deverá tomar a decisão de interromper a decolagem ou decolar apenas com um motor 1 Se o piloto escolher abortar a decolagem ele vai percorrer a distância de aceleração e parada ASD até o ponto Y 2 Caso o piloto decole com um motor em falha ele precisa iniciar o movimento de rotação em C para então iniciar a decolagem em D e passar pelo ponto Z a uma altura de 107 m 35 pés do solo Chamase a distância AZ de distância de decolagem TOD c Se a falha ocorrer antes de V1 o piloto deve obrigatoriamente abortar a decolagem pois não terá velocidade e potência suficientes para iniciar a subida Já no caso de a falha ocorrer depois de V1 a decolagem deve ser efetuada já que não há comprimento de pista suficiente para a frenagem da aeronave d Em uma situação normal as distâncias para alcançar Vr Vlof e V2 são menores já que não é comum ocorrerem falhas mecânicas durante a operação de decolagem Fonte Notas de aula Sória 2006b Figura 54 Configuração da pista de pouso e decolagem 112 b Pouso A operação de pouso é menos crítica do que a de decolagem já que o peso da aeronave no pouso é significativamente menor do que o peso na decolagem uma vez que o peso de combustível foi consumido durante o percurso Ainda assim é preciso atentar para algumas exigências como a altura acima da qual o avião deve passar da cabeceira e o comprimento de pista que o mesmo deve percorrer até parar completamente Ao sobrevoar a cabeceira da pista de pouso o avião deve estar a uma altura de 15 metros 50 pés do solo e a uma velocidade de 13 Vs onde Vs é a velocidade de estol1 Além disso a aeronave deve parar utilizando um comprimento de 60 do comprimento total da pista 54 Configuração do aeródromo Na elaboração da configuração do aeródromo o primeiro passo é entender as distâncias disponíveis para operar a aeronave no pouso e decolagem são as chamadas distâncias declaradas Essas distâncias juntamente com as orientações de vento informam o operador sobre as condições para o pouso e decolagem Apesar de o comprimento da pista ser uma informação importante são as distâncias declaradas no momento de pouso e decolagem que informam o piloto sobre o que de fato ele tem disponível para realizar a manobra necessária São mostradas na Figura 55 e definidas na Tabela 51 as distâncias declaradas estabelecidas pela Agência Nacional de Aviação Civil ANAC em um documento publicado em 2016 Fonte ANAC 2016 Figura 55 Representação das distâncias declaradas 1 Velocidade de estol velocidade da aeronave em condição de pouso máximo coeficiente de sustentação 113 Tabela 51 Distâncias declaradas definidas pela ANAC Distância Propósito Distância disponível para corrida de decolagem TORA Comprimento declarado da pista disponível para corrida no solo de uma aeronave que está decolando Distância disponível para decolagem TODA Comprimento da pista disponível para corrida de decolagem somado à extensão da clearway2 se existente Distância disponível para aceleração e parada ASDA Comprimento da pista disponível para corrida de decolagem somado ao comprimento da stopway3 se existente Distância disponível para pouso LDA Comprimento declarado de pista disponível para a corrida de uma aeronave após o pouso As distâncias declaradas são afetadas ainda por algum obstáculo ou limitação no entorno do aeródromo É possível por exemplo que uma determinada obra que é executada próximo ao aeroporto altere temporariamente a rampa de aproximação da aeronave durante o pouso Isso faz com que um deslocamento da cabeceira seja necessário a fim de que a aeronave desvie do obstáculo Alterando a posição da cabeceira a distância disponível para o pouso LDA é alterada No entanto as distâncias declaradas relacionadas à decolagem TORA TODA e ASDA podem não ser afetadas pelo deslocamento da cabeceira já que a cabeceira oposta ainda está disponível e a corrida de decolagem pode acontecer no sentido da cabeceira oposta Por fim adjacente à pista de pouso e decolagem há a necessidade de resguardar uma área de segurança É a chamada área de segurança de fim de pista em inglês runway end safety área RESA Essa região da pista não é considerada nas distâncias declaradas mas ela é fundamental para garantir segurança num evento de falha no pouso ou na decolagem Pelo fato de alguns aeroportos estarem localizados em regiões urbanas ou regiões muito íngremes o provimento da RESA é adotado utilizando a própria parte do comprimento da pista 2 Clearway ou zona livre de obstáculos área retangular definida no solo ou na água ao final da TORA selecionada com área adequada sobre a qual uma aeronave pode realizar a decolagem 3 Stopway ou zona de parada área retangular definida no terreno situada ao final da pista para corrida de decolagem cujo objetivo é garantir que a aeronave tenha condições adequadas de realizar a parada da aeronave em caso de decolagem abortada 114 Um exemplo hipotético de publicação das distâncias declaradas é o seguinte uma pista de pouso e decolagem 1533 possui seu comprimento igual a 2000 m conforme a Figura 56 Sendo o comprimento de cabeceira deslocado em 200 m quais são as distâncias declaradas desta pista Fonte ANAC 2016 Figura 56 Exemplo de pista de pouso e decolagem com cabeceira deslocada Resposta Distâncias declaradas Cabeceira TORA m TODA m ASDA m LDA m 15 2000 2210 2060 1800 33 2000 2000 2060 2000 55 Comprimento de pista A abordagem para tratarmos do comprimento de pista pode ser considerada a partir de duas posições a do piloto do avião e a do projetista da pista Se considerarmos o olhar do piloto na operação de pouso e decolagem teremos o planejamento da operação em uma pista existente em um dia e hora específicos Já considerando o olhar do projetista da pista a construção da pista ocorrerá em um local específico para atender um conjunto de aeronaves que poderão operar ali Em geral o piloto desejaria o maior comprimento de pista possível enquanto o projetista da empresa operadora do aeroporto quer gastar o mínimo possível na construção da pista Na prática o 115 projetista busca atender um comprimento mínimo de pista que seja suficiente para que o piloto da aeronave opere dentro das condições de segurança O comprimento da pista é afetado por diferentes fatores sendo eles 1 Características mecânicas do avião arrasto potência dos motores áreas das asas perfil do aerofólio 2 Condições de operação da aeronave peso bruto da aeronave configurações aerodinâmicas posição dos flaps 3 Condições atmosféricas temperatura do ar na pista vento de proa densidade do ar 4 Características da pista declividade longitudinal tipo de piso Ao planejar uma operação de decolagem o operador da aeronave pode levar em consideração as condições da pista para então calcular o peso de decolagem No nomograma de desempenho de decolagem de uma aeronave de acordo com as condições da pista mostrado na Figura 57 ao entrar com dados de condições da pista é possível obter o peso no momento de iniciar a decolagem field length brake release weight Na Figura 57 são mostrados os dados de temperatura do ar na pista 23 C altitude da pista 3700 pés comprimento de pista disponível 3680 m declividade longitudinal da pista 05 vento de proa 10 nós posição dos flaps 15 Se entrarmos com os dados sempre em direção às linhas de referências ver setas na figura é possível determinar o peso máximo de decolagem da aeronave 376000 kgf para essa pista nessas condições O nomograma mostrado na Figura 57 não é comumente disponibilizado pelas fabricantes das aeronaves O que os projetistas de aeródromos fazem geralmente é recorrer aos manuais do Airport Planning Nesses manuais gráficos como o da Figura 58 são apresentados com base no modelo do avião e na marca e modelo da turbina Os gráficos mostrados contêm no eixo x o peso de decolagem e no eixo y o comprimento de pista Internamente eles possuem várias curvas que representam as altitudes das pistas de decolagem A principal diferença entre os gráficos da Figura58a e Figura 58b é que a primeira diz respeito ao STANDARD DAY ou dia padrão e a segunda se trata do STANDARD DAY 172 C 116 Fonte Notas de aula Sória 2006b Figura 57 Nomograma de peso de decolagem com base nas condições da pista vento temperatura altitude declividade A situação de dia padrão é uma condição hipotética em que a atmosfera se encontra em uma situação ideal para operação de aeronaves Já o segundo gráfico corresponde a condições de atmosfera 172 C acima da atmosfera padrão É possível portanto a partir de dados da altitude e do peso de decolagem definir comprimento da pista de decolagem em uma determinada temperatura Para o cálculo do comprimento da 117 pista em temperaturas diferentes dos ábacos apresentados é preciso fazer a interpolação dos comprimentos encontrados nos 2 gráficos A temperatura padrão é uma função da altitude H e seu valor é calculado a partir da seguinte expressão Tp 15 00065 H com a altitude em metros e o valor final de Tp em C a b Fonte Notas de aula Sória 2006b Figura 58 Comprimento de pista para decolagem Boeing 747400 condições de atmosferapadrão 56 Orientação de pista O sistema de orientação de pistas leva em consideração a direção dos ventos que ocorrem no local do aeródromo Tanto para operação de pouso quanto para a de decolagem o vento no sentido oposto ao do movimento da aeronave é favorável uma vez que este aumenta consideravelmente as forças de sustentação e de arrasto Por outro lado quando a porcentagem e a intensidade de ventos transversais são muito altas as manobras de pouso e decolagem são dificultadas pois o alinhamento da aeronave com o eixo da pista se torna mais difícil Para a operação de pouso e decolagem o piloto escolherá a cabeceira da pista com maior intensidade de ventos no sentido contrário ao do movimento Em contrapartida ao se deparar com ventos transversais muito intensos na operação de pouso por 118 exemplo o piloto deve alinhar proa bico do avião de modo que ele fique levemente fora do alinhamento da pista É como se o piloto tentasse compensar o vento transversal inclinando a aeronave contra ele Ao tocar a pista devese realinhar o avião com a mesma de modo que ele percorra o resto da distância de pouso em linha reta Até aqui falamos da importância do vento nas operações de pouso e decolagem e da dificuldade de operação com ventos transversais Quando tratamos de projetos de pistas inexistentes cabe ao projetista posicionar a pista em uma direção tal que os ventos transversais sejam evitados ao máximo Segundo a ANAC 2019 em situações normais as operações de pouso e decolagem não devem acontecer se a componente de vento transversal for a superior a 37 kmh para comprimentos de pista 1500 m b superior a 24 kmh para comprimentos de pista entre 1200 e 1500 m c superior a 19 kmh para comprimentos de pista 1200 m Ao se projetar uma pista portanto devese coletar dados das condições do vento tais como direção velocidade e frequência de ocorrência O vento comumente referido é o vento de superfície que pode ser medido a 6 m acima do solo As observações de frequência velocidade e direção dos ventos são computados em anemogramas e estes são usados para escolher a melhor direção da pista Segundo o documento RBAC 1542019 da ANAC o critério para escolha da direção é aquele em que o aeródromo possua incidência de ventos favoráveis na mesma direção da pista ou do sistema de pistas em pelo menos 95 do tempo de operação do aeroporto O termo utilizado para designar essa porcentagem é fator de utilização do aeródromo Numeração das Cabeceiras É comum observarmos grandes números localizados nas cabeceiras das pistas de pouso de decolagem Esses números são referentes à direção da pista Em voos visuais sem o auxílio de instrumentos o piloto utiliza essa numeração para posicionar a aeronave para o pouso ou decolagem A variação dos números vai de 01 a 36 Ao 119 escolher a direção da pista a partir do anemograma é possível obter qual a posição em relação aos 360 do anemograma O número que é desenhado na pista nada mais é do que a orientação em graus da pista omitindose o último algarismo arrendondando para cima ou para baixo Uma pista cuja numeração de uma das cabeceiras é 12 portanto está orientada na bússola magnética para 120 Na outra extremidade da pista temse a cabeceira oposta que por estar a um ângulo de 180 da primeira cabeceira terá sua marcação como 30 120180 300 Por fim quando existem pistas paralelas é preciso diferenciar as marcações já que a orientação de ambas será a mesma Nesses casos escrevemse as letras L ou R do inglês Left ou Right para designar as pistas da esquerda ou direita respectivamente 57 Classificação do aeródromo Neste tópico apresentaremos classificação dos aeródromos pelo sistema código letra e código número Essa classificação foi proposta pela Organização Internacional de Aviação Civil ICAO e é recomendada pelo Regulamento Brasileiro de Aviação Civil 120 RBAC documento nº 154 Projeto de Aeródromos É importante entender o sistema de classificação já que as características geométricas dos aeródromos abordadas na seção seguinte são divididas de acordo com essas categorias a Classificação CódigoNúmero O sistema de classificação a partir do códigonúmero é realizado em função do comprimento da pista e é dividido nas 4 categorias a seguir Códigonúmero 1 Comprimento de pista menor que 800 m Códigonúmero 2 Comprimento de pista maior ou igual a 800 m e menor que 1200 m Códigonúmero 3 Comprimento de pista maior ou igual a 1200 m e menor que 1800 m Códigonúmero 4 Comprimento de pista maior ou igual a 1800 m b Classificação CódigoLetra Já o sistema de classificação códigoletra é feito com base em informações da aeronave crítica que irá operar naquele aeródromo As características da aeronave que são usadas para classificar a pista são a envergadura das asas distância 4 apresentada na Figura ao lado e a envergadura das rodas distância 5 apresentada na Figura ao lado As pistas são portanto classificadas conforme apresentado na Tabela 52 Fonte Notas de aula Faxina 2019 Figura 59 Representação das envergaduras das asas e das rodas 121 Tabela 52 Classificação CódigoLetra das pistas de pouso e decolagem Códigoletra Envergadura das asas m Envergadura das rodas m A 15 45 B 15 e 24 45 e 6 C 24 e 36 6 e 9 D 36 e 52 9 e 14 E 52 e 65 9 e 14 F 65 e 80 14 e 16 Fonte adaptado de ANAC 2019 58 Projeto geométrico do aeródromo O sistema de classificação apresentado no tópico anterior é usado para designar as principais características dos aeródromos com relação à sua geometria É possível perceber que à medida que se aumentam os códigos das pistas aumentase também o comprimento das mesmas e também o porte das aeronaves que nelas podem trafegar É esperado portanto que as geometrias dos aeródromos para as pistas de código número 3 e 4 e códigoletra próximo ao E e F tenham requisitos mais criteriosos como no caso da largura da pista São mostradas na Tabela 53 as larguras mínimas de pista em metros estabelecidas pela ANAC de acordo com os códigosletra e número Tabela 53 Larguras mínimas dos aeródromos em função do códigosletra e número Larguras mínimas dos Aeródromos m Códigonúmero Códigoletra A B C D E F 1 18 18 23 2 23 23 30 3 30 30 30 45 4 45 45 45 60 Fonte adaptado de ANAC 2019 Ainda sobre a geometria dos aeródromos a Organização Internacional de Aviação Civil da sigla em inglês ICAO recomenda alguns itens para garantir a segurança nas operações dentro dos aeródromos Esses itens estão listados a seguir Para o caso de existirem pistas paralelas a distância mínima entre elas deve respeitar as seguintes regras com base naquela de maior códigonúmero 120 m para código 1 150 m para código 2 e 210 m para códigos 3 e 4 As declividades longitudinais máximas devem ser 2 para códigos 1 e 2 e 1 para códigos 3 e 4 122 A mudança máxima de declividade diferença entre duas rampas consecutivas δi deve ser 2 para códigos 1 e 2 e 15 para códigos 3 e 4 A taxa de variação da declividade4 deve ser a cada 30 m de 04 para códigos 1 e 2 02 para código 3 e 01 para código 4 Raio mínimo de curvatura5 deve ser 7500 m para códigos 1 e 2 15000 m para código 3 e 30000 m para código 4 Quanto às declividades transversais da pista deve se adotar o máximo de 20 para os códigos A e B e 15 para códigos C D E e F 59 Pavimentação da pista de pouso e decolagem O pavimento da pista de pouso e decolagem deve ser dimensionado de tal forma que sua estrutura resista aos esforços provenientes do tráfego de aeronaves A estrutura de um pavimento aeroportuário assim como em uma rodovia é composta por uma camada de rolamento uma base que é apoiada sobre o subleito Eventualmente por questões econômicas e estruturais são necessárias as camadas de subbase e de reforço de subleito Como já visto em blocos anteriores o pavimento pode ser do tipo rígido ou flexível Para definir o tipo de estrutura que um pavimento aeroportuário terá é preciso conhecer alguns itens relacionados ao projeto de pavimentos Nesta seção abordaremos algumas recomendações de projetos definidos pela Federal Aviation Administration FAA Por ser mais comumente utilizado em aeródromos neste tópico vamos tratar apenas do pavimento flexível cuja camada superficial é a capa asfáltica mas existe a possibilidade de se compor a estrutura do pavimento com placas de concreto de cimento Portland O critério de projeto adotado pela FAA para pavimentos flexíveis é a deformação vertical no topo do subleito e a deformação horizontal máxima de tração no fundo da 4 A transição entre rampas deve ocorrer por meio de superfícies curvas com taxas de variações máximas especificadas a cada 30 m 5 Raio mínimo de curvatura é o raio no vértice da parábola Rv Lvδi Lv é o comprimento da curva vertical ou projeção horizontal e δi é a diferença algébrica de rampas 123 camada asfáltica Com esses critérios de projeto a estrutura calculada deve resistir aos esforços de modo que as deformações citadas estejam dentro daquelas admissíveis pelo órgão A composição do tráfego bem como o período de projeto e a previsão do tráfego são informações fundamentais para o dimensionamento da estrutura Para o dimensionamento do pavimento de um aeródromo o FAA recomenda o software FAARFIELD que é baseado no fator de acúmulo de dano ou cumulative damage factor CDF em inglês Esse fator leva em consideração o dano provocado por cada aeronave que compõe o tráfego daquele aeródromo Em geral o CDF é um indicador do consumo de vida de fadiga da estrutura Ao projetar a estrutura para uma determinada composição de tráfego é possível prever quantas decolagens aquela pista vai permitir até que o pavimento chegue a uma condição crítica de manutenção Se o pavimento possui CDF 1 significa que ele consumiu toda sua vida de fadiga Já os valores de CDF 1 indicam que o pavimento ainda tem uma parcela remanescente de vida de fadiga para ser consumida e valores de CDF 1 mostram que o pavimento excedeu sua vida de fadiga A respeito da estrutura do pavimento é importante ressaltar que por se tratar de um tráfego pesado em pontos onde o tráfego de aeronaves é lento é recomendável que se utilizem pavimentos de concreto já que o pavimento asfáltico é suscetível a elevadas deformações para tráfegos lentos e pesados Dessa forma recomendase CBUQ nas pistas de pouso e decolagem e estruturas de concreto nas cabeceiras nas pistas de táxis e no estacionamento Outro motivo que justifica a aplicação de pavimentos de concreto nos estacionamentos por exemplo é a possibilidade de vazamento de combustível querosene no pavimento o que afetaria a estrutura feita de cimento asfáltico já que o querosene é um solvente de ligante asfáltico 510 Características geométricas de helipontos Nesta última seção deste bloco abordaremos algumas características dos helipontos O heliponto é um tipo de aeródromo proposto somente para helicópteros Os helipontos podem ser públicos e de embarque e desembarque de pessoas e cargas A construção e operação de helipontos desde 2018 é baseada no documento RBAC nº 124 155 Helipontos da ANAC Além da avaliação do terreno presença de obstáculos na rota do helicóptero viabilidade da obra também são avaliadas outras características operacionais que podem influenciar a execução do projeto Fazse necessário ainda a regularização da documentação mediante a inscrição registro e homologação junto à ANAC COMAR e DECEA plano básico de Zona de Proteção PBZPHPBZPA licenciamento das áreas de implantação junto aos órgãos ambientais aprovação em prefeitura liberação do alvará de instalação autolicença de funcionamento e anuência junto à ANC e COMAR Características do heliponto A sinalização dos helipontos possui algumas características específicas A pintura é comumente na cor azul e existem duas marcações amarelas com linhas externas e internas Enquanto as linhas internas indicam a área de toque do heliponto as linhas externas representam a área de segurança No centro do heliponto observase uma letra que pode ser H indicando um heliponto público P indicando que é privado e M de uso militar Quando o heliponto é hospitalar a letra que o indica é a letra H mas ao invés do triângulo essa se encontra inserida numa cruz O peso suportado por um heliponto é indicado pela numeração marcada na pista O Número indica em toneladas para qual peso máximo aquela estrutura foi projetada O triângulo desenhado no heliponto aponta sempre para o norte geográfico e a seta indica a melhor direção de aproximação baseada nas condições do vento 125 Conclusão Neste bloco foram abordados tópicos relativos ao transporte aéreo e a infraestrutura dos aeródromos e helipontos As principais características para o projeto de aeródromos foram discutidas e exemplificadas O funcionamento das aeronaves bem como suas composições de peso e velocidades críticas foi apresentado e relacionado ao dimensionamento dos aeródromos No cálculo de comprimento de pista os fatores ambientais relacionados foram exemplificados Tópicos relacionados a orientações de pista e características do pavimento aeroportuário também foram tratados neste bloco Por fim os conceitos abordados neste bloco se fizeram fundamentais para a formação do Engenheiro Civil já que o correto dimensionamento execução e fiscalização das pistas de pouso e decolagem são função desse profissional Referências Bibliográficas ANAC Regulamento Brasileiro de Aviação Civil nº 154 Emenda nº 06 Agência Nacional de Aviação Civil 2019 Disponível em httpswwwanacgovbrassuntoslegislacaolegislacao1rbhaerbacrbacrbac 154displayfilearquivonormaRBAC154EMD06pdf Acesso em 20 mar 2021 ANAC Regulamento Brasileiro de Aviação Civil nº 155 Emenda nº 00 Agência Nacional de Aviação Civil 2018 Disponível em httpswwwanacgovbrassuntoslegislacaolegislacao1rbhaerbacrbacrbac 155displayfilearquivonormaRBAC155EMD00pdf Acesso em 19 mar 2021 ANAC Alerta aos operadores de aeródromos nº 002 Agência Nacional de Aviação Civil 2016 Disponível em httpswwwgovbranacpt brassuntosreguladosaerodromosalertaaosoperadoresaereosalerta002 2016pdfview Acesso em 20 mar 2021 FAXINA A L Notas de aula da disciplina de aeroportos Projeto geométrico de aeródromos Universidade de São Paulo São Carlos 2019 FERREIRA J C Um breve histórico da aviação comercial brasileira In Congresso Brasileiro de História Econômica 12 Anais Niterói 2017 Disponível em httpwwwabpheorgbruploadsABPHE2020171620Um20breve20histC3 126 B3rico20da20aviaC3A7C3A3o20comercial20brasileirapdf Acesso em 22 mar 2021 SÓRIA M H A Notas de aula da disciplina de aeroportos Composição de peso e desempenho em peso de aviões Universidade de São Paulo São Carlos 2006a SÓRIA M H A Notas de aula da disciplina de aeroportos Comprimento de pista Universidade de São Paulo São Carlos 2006b SÓRIA M H A Notas de aula da disciplina de aeroportos Introdução à mecânica de locomoção do avião Universidade de São Paulo São Carlos 2006c 127 6 PORTOS E VIAS NAVEGÁVEIS Apresentação O último bloco desta disciplina tratará das estruturas utilizadas pelo modo de transporte hidroviário marítimo e fluvial Essa modalidade de transporte é ideal para o deslocamento de cargas pesadas como líquidos minérios carvão grãos entre outros por longas distâncias Por ser um modo de transporte com baixa velocidade de tráfego é ideal que as cargas transportadas não tenham perecibilidade Neste bloco trataremos de alguns dados relativos ao transporte aquaviário no Brasil como a malha hidroviária os principais tipos de embarcações e cargas transportadas As principais obras de infraestrutura que permitem o transporte pelas hidrovias serão caracterizadas ressaltando o papel do Engenheiro Civil no projeto e execução dessas estruturas Entenderemos os fatores que influenciam as construções costeiras e os fenômenos naturais que afetam o dimensionamento de estruturas marítimas Por fim a logística portuária será abordada a fim de fornecer ao aluno uma visão holística dos principais conceitos relacionados à estruturação e funcionamento dos portos bem como o planejamento das atividades que neles acontecem 61 Infraestrutura aquaviária no Brasil O Brasil possui uma enorme riqueza hidrográfica de navegação interior e o transporte aquaviário representa um grande potencial Entretanto as vias com alto potencial navegável ainda são pouco utilizadas No total segundo dados da CNT 2019 são cerca de 63 mil quilômetros de malha potencialmente utilizável Todavia o Brasil utiliza apenas 195 mil quilômetros 309 dessas vias Os motivos da baixa utilização das vias navegáveis no Brasil estão relacionados às poucas políticas públicas de incentivo ao transporte aquaviário e ao baixo investimento na infraestrutura desse setor 128 Para ser considerada uma hidrovia uma via naturalmente navegável precisa passar por obras de derrocamento e dragagem bem como dispor de equipamentos de sinalização balizamento monitoramento e controle Além das obras de infraestrutura adequadas as hidrovias devem ofertar serviços de transporte regularmente No Brasil as hidrovias que são assim chamadas são na verdade vias navegáveis pois não apresentam os requisitos estruturais que uma hidrovia exige O órgão que regulamenta o transporte aquaviário no Brasil é a ANTAQ6 Atualmente existem 12 regiões hidrográficas no Brasil sendo as principais Amazônica TocantinsAraguaia Atlântico Sul Paraná Paraguai e São Francisco Nessas regiões hidrográficas podemos citar as principais hidrovias do Amazonas 1646 km de extensão do Madeira 1060 km do Solimões 1630 km do TocantinsAraguaia 1960 km do ParanáTietê 2400 km do Paraguai 1272 km no Brasil do São Francisco 2354 km Em extensão navegável a que mais se destaca é a região hidrográfica do Amazonas com cerca de 16 mil quilômetros de vias navegáveis CNT 2019 DNIT 2018 Apesar de um enorme potencial para utilização das vias navegáveis no Brasil ultimamente temse observado uma redução da malha hidroviária no Brasil Os dois principais fatores relacionados a essa diminuição na extensão de vias navegáveis são questões climáticas redução das chuvas e dos níveis hidrométricos e também o sucateamento das estruturais viárias já que pouco se investiu em monitoramento e obras de dragagens sinalização e balizamento O transporte de passageiros pelo modo hidroviário ocorre predominantemente na região norte do país Apenas nos estados do Amapá Amazonas Pará e Rondônia estimase que cerca de 98 milhões de passageiros foram transportados pelas vias navegáveis no ano de 2017 Para essa população os rios são a principal forma de 6 ANTAQ Agência Nacional de Transportes Aquaviários é a instituição criada em 2001 com efetivação em 2002 que tem por objetivo implementar políticas do Ministério da Infraestrutura Ela regulariza supervisiona e fiscaliza movimentação e serviços a fim de gerar uma movimentação econômica e segura de bens e pessoas em toda rede portuária e aquaviária no Brasil 129 deslocamento e é através deles que ocorre o abastecimento das cidades e comunidades ribeirinhas Dentre os benefícios de se utilizar o modo hidroviário para o transporte de cargas temse primeiramente sua elevada capacidade de carregamento em uma única embarcação 1 comboio de 4 barcaças 3 composições férreas 172 carretas Além disso o custo de transporte pelo modo aquático é 60 menor que o custo do rodoviário e 30 menor que o ferroviário Esse modo de transporte é mais benéfico no transporte de cargas de baixo valor agregado graneis agrícolas e minerais e longas distâncias de deslocamento 62 Tipos de cargas e embarcações Nesta seção serão apresentadas as principais cargas transportadas pelo modo hidroviário bem como os tipos de embarcações utilizados nesse transporte Os tipos de cargas mais comuns são carga geral e carga a granel A carga geral geralmente é todo tipo de produto manufaturado que não é comercializado a granel Esse tipo de carga demanda algumas técnicas de unitização da carga para facilitar e agilizar o processo de cargadescarga bem como proteger as mercadorias contra roubos e avarias A carga a granel pode ser do tipo seca ou líquida A carga seca em geral é advinda da produção mineral minérios carvão ou agrícola grãos que podem ser do tipo leve ou pesado Já a carga líquida geralmente é petróleo combustíveis e produtos da indústria alimentícia como sucos O processo de unitização de cargas para o transporte pode acontecer de diferentes formas prélingada paletizada ou conteinerização As cargas prélingadas são aquelas unificadas por meio de redes de náilon ou poliéster e são içadas por guindastes para dentro do navio através de lingas As cargas paletizadas são dispostas em bandejas pallets de madeira ou metal com dimensões aproximadas de 100 cm x 120 cm Por fim o método de unitização de carga mais utilizado hoje em dia é a carga conteinerizada Os contêineres podem transportar tanto carga líquida quanto carga seca ou a granel podem ainda funcionar como câmaras frigoríficas Esse tipo de unitização permite o empilhamento de carga o que potencializa seu uso no transporte de grandes quantidades 130 Quanto às embarcações suas principais dimensões são proa parte anterior popa parte posterior bombordo lado esquerdo e estibordo lado direito Em seu perfil vertical as dimensões características são superestrutura borda livre e calado As embarcações projetadas para operar em rios são diferentes daquelas projetadas para operações marítimas As principais diferenças estão relacionadas às formas de navegação Para que as embarcações marítimas se adaptem aos movimentos do mar e alcancem velocidades maiores o calado dessas embarcações precisa ser maior e mais afilado Já para as embarcações fluviais velocidades muito altas não são necessárias mas existe uma preocupação com a profundidade do canal o que faz com que a embarcação tenha calados menores e mais achatados As embarcações fluviais são divididas em duas categorias com ou sem sistema de propulsão O sistema com propulsão consiste das embarcações automotoras empurradores e das rebocadoras Já os sistemas sem propulsão são as jangadas e as chatas ou barcaças A Tabela 61 apresenta as principais embarcações marítimas utilizadas para cada tipo de carga Tabela 61 Embarcações marítimas de acordo com o tipo de carga Navios Características Navios convencionais para carga geral Também chamados de TRAMP transportam granéis sólidos Dispõem de baixa potência propulsora e baixa velocidade e utilizam de equipamentos de carga e descarga em terra Navios para paletes pallets ships São navios que possuem aberturas laterais que permitem acesso de empilhadeiras aos porões para carga e descarga Navios RORO rollon rolloff Possuem aberturas laterais rampas na popa eou proa que possibilitam a entrada de trailers carregados e veículos para o interior da embarcação Navios porta contêineres all container ship São navios utilizados apenas para transporte de contêineres Apresentam grande capacidade de carga e alta velocidade Podem descarregar em navio do tipo feeder 131 Navios container feeders Recebem as cargas dos portacontêineres e realizam viagens entre portos maiores e menores Não possuem dificuldade com profundidade do canal Também operam no sistema RORO Navios portabarcaças São navios capazes de içar barcaças da água Os tipos mais comuns são LASH Lighter Aboard Ship que possuem guindastes próprios e o SEABEE que atua com elevadores submersíveis Petroleiros São navios dotados de tanques para transporte de carga líquida apresentam dois tipos o VLCC Very Large Crude Carriers com capacidade superior a 200000 toneladas e o RDTanker que apresenta menor calado e maior boca que facilita acesso a portos Graneleiros bulk carriers Navios projetados para cargas de baixa densidade portando grandes porões dotados de escotilhas e tanques laterais Alguns possuem equipamentos próprios para carga e descarga Mineraleiros ore carriers São navios dotados de instalações para transporte específico de minérios Contêm porões centrais de fundo duplo reforçado tanques laterais que carregam água para impedir que o centro de gravidade fique muito baixo quando estiverem carregados de minério Oreoil OO Transportam minério e petróleo e são dotados de dois sistemas um onde os tanques são capazes de transportar os dois produtos e outro em que os tanques centrais levam o minério e os laterais óleo OreBulkOil OBO São navios graneleiros com diversas finalidades portando porões estanques tanques elevados e não possuem anteparos longitudinais Universal Bulk Ship UBS Contêm tanques elevados permitindo a fácil utilização para carga e descarga de grãos Navios tipo PANAMAX São navios que permitem atravessar o canal do Panamá ou seja têm calado menor que 12 metros e boca menor que 32 metros podendo ser de uso único ou múltiplo para grãos e líquidos PROBO ProductOilBulkOre Navios utilizados para transporte de petróleo óleo bruto granéis leves e minérios 63 Hidráulica fluvial e regularização de canais a Hidráulica fluvial A escolha de uma rede hidrográfica para navegação depende do conhecimento do curso dagua e dos impactos causados mediante sua utilização para navegação É 132 fundamental que ao se fazer o mapeamento de uma região hidrográfica o projetista tenha informações de planta da região e das margens dos rios e perfil longitudinal e linha dágua curva de remanso Quando é preciso fazer uma representação da rede hidrográfica devese realizar um estudo cujos principais elementos são i levantamento das seções transversais ii determinação das vazões iii levantamento das velocidades iv determinação do transporte de material sólido e v qualidade da água É importante ainda conhecer dados da bacia hidrográfica à qual o rio em questão pertence Dados de geodésiatopografia altimetria fluvial e vazãovelocidade do rio podem ser coletados ao se dimensionar uma via navegável O detalhamento da geodésia a partir da determinação de grandes áreas triangulares deve ser levantado para então representar a região cartograficamente a partir da topografia Com relação à altimetria fluvial devese estabelecer os pontos e ângulos verticais em diferentes níveis ao longo do rio para determinar a variação do nível dágua Por fim os dados de velocidade média e vazão de um rio podem ser determinados de maneira simples através da velocidade de um objeto flutuante na superfície Devem ser feitos levantamentos em diferentes pontos do trecho de forma a obter o valor médio de velocidade b Regularização de canais Regularização de canais é um dos tipos de obras para melhoramentos dos cursos dágua para navegação O objetivo dessa solução é retificar processos naturais que ocorrem nos rios e que dificultam sua utilização como via navegável Nessas obras a própria energia do rio é utilizada no processo de alteração do canal de navegação as intervenções humanas apenas induzem o processo Nesta seção serão abordados os métodos de simples contração e de conservação de soleiras O método de simples contração consiste em reduzir a largura da seção transversal de um rio de modo a induzir o aprofundamento do leito do rio ao se aumentar a velocidade do curso dágua Esse tipo de obra é recomendado quando o objetivo é aumentar a profundidade de um canal O outro processo de regularização de canais é a conservação de soleiras que podem alterar os perfis transversal e longitudinal ou o 133 traçado em planta Nesse método diques e espigões podem ser construídos às margens do rio de modo a proteger a soleira de fundo próximo às margens e canalizar o trecho para o centro aumentando a velocidade do fluxo dágua e consequentemente a profundidade do canal 64 Obras de transposição de desníveis Quando existe algum desnível no curso dágua como aqueles onde são construídas barragens ou alguma outra obra do tipo fazse necessária a realização de obras de transposição desses desníveis Nesta seção vamos abordar dois tipos de obras de transposição de desníveis As obras de desníveis são categorizadas a partir do tipo de equipamento que utilizam e podem ser do tipo sistema hidráulico e sistema mecânico a SISTEMAS MECÂNICOS Os sistemas mecânicos ou ascensores utilizam de esforços externos para que a embarcação flutue dentro de uma cuba para vencer um desnível Eles são divididos em 3 tipos elevador vertical planos inclinados e rampas hidráulicas 1 Elevadores verticais os elevadores verticais também são divididos em 3 grupos Sistema Clark também chamado de elevador hidráulico este sistema funciona como um elevador de automóveis Dois pistões são interligados por um circuito hidráulico que suportam cubas de mesmo peso Uma cuba se localiza na parte superior e a outra na parte inferior Ao se aumentar o peso de uma delas o sistema de pressão faz com que ela desça elevando a outra simultaneamente Elevador flutuante flutuadores submersos em poços dágua são utilizados para suportar a cuba O peso do deslocamento de água dos flutuares é igual ao peso da cuba Quando a cuba recebe um volume considerável de água o sistema desce já a retirada de água da cuba faz com que o sistema suba Elevador com contrapesos neste sistema contrapesos são utilizados semelhantes a um sistema de elevadores de edifício para elevar a cuba Este sistema é ideal para desníveis acima de 30 metros 134 O limite de peso suportado pelos elevadores verticais é de 1350 toneladas o que representa um peso menor que o dos comboios operantes na maioria das hidrovias Dessa forma fazse necessário o desmembramento das embarcações para sua elevação que retira a principal vantagem deste sistema que é a rapidez de transposição do desnível 144 mmin contra 37 mmin das eclusas 2 Plano Inclinado no sistema de plano inclinado a embarcação vence o desnível subindo um plano inclinado dentro de uma cuba Este sistema pode ser dividido em 2 tipos funicular e o automotor Funicular neste sistema a cuba é dotada de rodas e é transportada sobre trilhos puxados por cabos e contrapesos Podem ser do tipo longitudinal e transversal No longitudinal o movimento é feito na direção da maior dimensão da embarcação o que exige menores inclinações de rampas Já no sistema funicular transversal a cuba sobe perpendicularmente à direção do canal o que permite rampas mais inclinadas Automotor as cubas são transportadas através de motores sempre na direção longitudinal Uma cunha giratória faz com que o embarque e desembarque sejam sempre por uma rampa descendente e pela mesma porta da cuba 3 Rampas hidráulicas as rampas hidráulicas são compostas por um sistema em que a embarcação é colocada em uma cunha de água e empurrada por um trator locomotiva para vencer o desnível Podem ser utilizadas para desníveis pequenos até cerca de 13 metros b SISTEMAS HIDRÁULICOS Os sistemas hidráulicos ou ECLUSAS são sistemas que utilizam da própria vazão da hidrovia para a transposição de níveis em um canal Seu funcionamento utiliza o princípio de vasos comunicantes no piso para encher uma câmara com dois muros laterais e duas comportas As etapas de funcionamento de uma eclusa estão descritas na Figura 61 135 Quanto às dimensões das eclusas é preciso que a geometria da câmara tenha algumas folgas mínimas com relação à embarcaçãotipo São elas i 5 a 10 metros no comprimento ii 1 metro na largura e 03 a 05 na profundidade Quanto às categorias as eclusas podem ser simples 1 câmara de câmara múltipla várias câmaras unidas escadas de eclusas várias eclusas independentes ou eclusas geminadas duas eclusas paralelas Fonte Notas de aula SILVA 2013 Figura 61 Etapas de funcionamento de eclusas Por serem sistemas mais simples as eclusas são mais utilizadas do que os sistemas mecânicos exceto nos casos em que há pouca disponibilidade de água Para escolher a estrutura utilizada devese levar em consideração alguns fatores como tempo de operação e condição de vazão do canal Por representarem um gargalo na operação alguns sistemas podem ser mais benéficos que outros Apesar de mais caros por exemplo os sistemas mecânicos têm a vantagem da rapidez na transposição do desnível o que agiliza a operação das embarcações e evita o estrangulamento do tráfego Portanto antes de escolher a estrutura de transposição de desnível é 136 importante realizar um estudo do tráfego de embarcações previsto para aquela região e também fazer um estudo do período de cheia e estiagem bem como da previsibilidade das enchentes 65 Esforços provocados por ondas As obras costeiras sofrem bastante influência dos fenômenos naturais que acontecem na região onde são construídas Dentre os principais fenômenos podemos citar os ventos as ondas as correntes e as marés Nesta seção serão apresentadas as influências que a ondas têm sobre as estruturas construídas nas costas e também os esforços que geram nessas estruturas As ondas são um resultado da transferência de energia cinética dos ventos para a superfície do mar Quando as ondas começam a se formar elas movimentam a atmosfera na superfície provocando uma diferença de pressão Por consequência as ondas que inicialmente são pequenas aumentam de tamanho fazendo com que a superfície ondule ainda mais Os principais fatores que contribuem para o tamanho das ondas são velocidade e duração dos ventos bem como a área de influência que eles têm na superfície Existem dois tipos de ondas as ondas de translação e as ondas de oscilação As ondas de translação são aquelas que possuem a mesma componente de velocidade horizontal independente da sua profundidade Em outras palavras as ondas de translação são constantes da superfície ao fundo quando observadas no perfil vertical Já as ondas de oscilação têm sua componente horizontal de velocidade variando em função da distância da superfície As ondas de oscilação são divididas em duas categorias as ondas progressivas e as ondas estacionárias As ondas progressivas têm sua componente horizontal de velocidade diminuindo à medida em que se afastam da superfície Para o correto dimensionamento de obras costeiras é importante entender alguns fundamentos teóricos de ondas para relacionálos aos esforços que são criados pelas ondas nessas estruturas Ao observarmos uma partícula na superfície de uma onda de oscilação podemos perceber o movimento de sobe e desce conforme mostrado na Figura 62 Essa 137 partícula se desloca em um movimento angular constante que pode ser descrito como uma trajetória circular onde a diferença vertical entre o fundo da onda e a crista da onda também chamada de altura da onda é igual ao diâmetro desse círculo Uma volta completa do círculo representa o comprimento da onda distância entre 2 cristas consecutivas Essa teoria é a chamada trocoidal e é bastante utilizada para descrever o movimento de ondas Fonte Notas de aula SILVA 2013 Figura 62 Descrição do movimento de ondas As ondas progressivas são assim chamadas uma vez que os raios dos círculos que descrevem as trajetórias reduzem progressivamente em progressão geométrica à medida que aumenta a profundidade observada O efeito das ondas progressivas é desprezível quando a profundidade atinge um valor igual à metade do valor do comprimento da onda Ao se aproximar da faixa litorânea as ondas de oscilação sofrem influência do fundo do mar transformando o movimento de oscilação em movimentos de translação Dessa forma ao chegarem às costas essas ondas podem exercer grandes esforços sobres as obras costeiras As ondas estacionárias ou clapotis por sua vez são criadas a partir da reflexão total de uma onda progressiva após incidir em um obstáculo vertical à frente da onda No fenômeno da reflexão total de ondas a direção e a intensidade das ondas refletidas têm relação com a posição dos obstáculos sobre os quais as ondas incidem As condições mais desfavoráveis são aquelas em que as ondas incidentes ocorrem sobre paredes verticais Para obstáculos menos inclinados a reflexão também diminui até ser considerada nula em situações em que as ondas arrebentam em condições semelhantes àquelas ocorridas nas praias Dois exemplos em que podemos citar a 138 importância em se conhecer os fenômenos de reflexão são na construção de quebra mares de paredes verticais e também nas atividades de navegação já que a superposição de ondas incidentes e refletidas pode ter um efeito significativo nas amplitudes das mesmas 66 Obras costeiras As obras costeiras são todas e quaisquer edificações destinadas a atender as atividades humanas em regiões de costas Para construção elas dependem diretamente de aspectos climáticos condições do mar e do terreno No processo de planejamento de uma obra costeira é necessário avaliar a necessidade determinar localizações possíveis para atender as demandas escolher o local definir o plano geral e selecionar o tipo de obra As principais obras costeiras são divididas em obras externas que servem de proteção e obras internas que podem ser contínuas ou discretas As obras contínuas são os cais e as plataformas de um terminal Já os elementos discretos apresentam os equipamentos e as plataformas de forma isolada cumprindo cada um uma função específica As obras externas mostradas na Figura 63a têm a função de minimizar os efeitos das ondas e das correntes na região costeira Elas podem ser do tipo dique duas extremidades ligadas à costa molhe uma extremidade ligada à costa e quebramar nenhuma extremidade ligada à costa Já as obras internas são mostradas na Figura 63b e descritas na Tabela 62 Tabela 62 Descrição das obras costeiras internas Estrutura Descrição Berço lugar onde os navios podem atracar Cais um ou mais berços na costa Pier plataforma estrutura com berços nos dois lados que avança dentro da água Dolfim estrutura para amarração dos navios durante permanência no berço Defensa estrutura que reduz o impacto das embarcações durante as manobras 139 a b Fonte Notas de aula ASSIRATI 2019 e Alexzel Shutterstock Figura 63 Representação das principais obras costeiras externas a e internas b 67 Terminais equipamentos e instalações portuárias Um porto conta com diversos tipos equipamentos e instalações com o objetivo de manter sua funcionalidade e organização dos armazéns pátios e movimentação dos navios São utilizadas máquinas de pequeno médio ou grande porte de acordo com a demanda das cargas e dos navios que por ali circulam Terminais para carga geral o pátio ao longo do cais apresenta comumente entre 20 e 40 metros de largura enquanto a área de armazenagem tem entre 40 e 60 metros de largura sofrendo variação de acordo com o tipo de solo e custo da edificação Quanto aos equipamentos de carga e descarga eles são específicos para a movimentação naviopátio guindastes pátioárea de armazenagem empilhadeiras e tratores e dentro da área de estocagem empilhadeiras Terminais de contêineres o transporte dos contêineres nos terminais é realizado por um tipo de guindaste colocado em uma área de pátio na lateral do navio ao longo de todo seu comprimento Terminais RORO os terminais para os navios com sistema RORO requerem que o navio fique em dolfins perpendicularmente ao cais ou atracado ao longo do cais quando possuem aberturas laterais O planejamento do porto deve prever situações de navios que possuam suas próprias rampas Neste tipo de 140 terminal os equipamentos de cargadescarga adentram para o interior do navio para realizar essa operação Terminais para carga líquida a transferência da carga líquida é feita por meio de dutos permitindo que o local de estocagem seja afastado da costa devendo atentar apenas para distância relativa ao descarregamento dos navios Terminais para cargas secas as cargas secas são geralmente transportadas dos navios para os depósitos por esteiras transportadoras A área de estocagem deve estar próxima ao berço pois as esteiras podem obstruir o trânsito de veículos o que deve ser cuidadosamente calculado no momento do projeto da instalação 68 Logística portuária A principal função de um porto dentro da gestão de transportes é garantir a ligação entre as demandas e soluções hidroviárias e terrestres A possibilidade de se transportar uma carga produzida dentro do continente a partir de uma hidrovia faz com seja necessário em algum ponto da cadeia logística realizar o transbordo da carga para uma embarcação ou para um veículo de transporte terrestre Nesta seção vamos entender alguns conceitos relativos à operação portuária dentro da rede de transportes Os sistemas de transportes são muitas vezes representados por grafos Os grafos são utilizados para desenhar uma rede de transporte de uma forma simples e através de nós e arestas Essa forma de representação mais simples permite que o operador do sistema de transporte modele seu sistema mais facilmente Dentro da rede de transporte aquaviário os nós são as instalações portuárias representadas por círculos cujos tamanhos indicam o tamanho do porto e as linhas são as vias de tráfego o volume de tráfego nessas vias é expresso pela espessura das linhas Para a representação através de grafos é importante também que o operador logístico entenda a área de atuação daquele porto O conceito de hinterlândia é o que diz respeito à capacidade de um porto de atender a uma determinada região Qualquer 141 porto dentro de uma mesma hinterlândia atende às suas demandas de maneira semelhante A representação de hinterlândias é mostrada na Figura 64 O aumento ou diminuição da área de uma hinterlândia está associado ao nível de serviço que aquele porto consegue atender ou seja melhorias no tempo de atendimento de um porto podem fazer com que a região da hinterlândia aumente Fonte adaptado de Notteboom e Rodrigue 2005 Figura 64 Representação das hinterlândias e áreas de influência a Formatação das redes de transportes Existem dois tipos de configuração das conexões entre as instalações portuárias portoaporto e HubandSpoke Na configuração portoaporto o transporte é feito diretamente de um porto ao outro da origem ao destino final Já nas conexões do tipo HubandSpoke existe um acúmulo da carga em um ponto central Hub e depois a carga é distribuída ao Spoke destino final A configuração HubandSpoke é a mesma daquela utilizada em viagens aéreas no sistema de escalas 142 Concentrar toda a carga em um Hub e depois distribuíla ao destino final é economicamente mais vantajoso já que é possível se fazer a consolidação da carga utilizando a lotação da embarcação no momento da distribuição Um tipo de porto que utiliza a formatação de Hub é o porto de transbordo Nos portos de transbordo a mercadoria não chega a ser descarregada apenas é passada de uma embarcação à outra O conceito de hinterlândia definido anteriormente não se aplica ao porto de transbordo já que hinterlândia só existe para mercadoria que vai adentrar o lado terrestre Uma particularidade que muitas vezes ocorre nas operações portuárias é o fluxo desbalanceado Vamos pensar na rede de transporte BrasilChina De modo geral o Brasil exporta para o continente asiático matériaprima e commodities para abastecer a indústria chinesa Em contrapartida a China exporta para o Brasil produtos acabados manufaturados eletroeletrônicos e peças para serem montadas aqui O volume de mercadoria que o Brasil importa da China é muito maior do que o que ele exporta para ela então dizemos que existe um fluxo desbalanceado nessa rota Uma solução para garantir o equilíbrio nesse fluxo é cobrar taxas de frete mais baixas no sentido BrasilChina para incentivar o transporte nesse sentido Outra solução para equilibrar o fluxo é a adoção de rotas pendulares Rotas pendulares consistem em estruturar a rota de transporte em escalas sequenciais de pelo menos duas faixas marítimas buscando otimizar o frete cobrado esticando ao máximo a rota dessa embarcação O objetivo desse tipo de serviço é garantir que o mercado seja atendido em forma de um loop contínuo equilibrando a frequência e o número de escala aumentando o fator de carga da embarcação Entre as principais vantagens dessa estratégia podese citar a possibilidade de integrar vários portos Por outro lado existe o risco de viagens de retorno vazias e aumento do tempo de serviço para portos distantes SANTOS 2013 b Adição de valor em portos e áreas próximas Muitas vezes o operador logístico tem que definir qual a melhor estratégia para transportar sua mercadoria Nos casos em que é preciso que a carga seja transportada por mais de um modo de transporte o conceito de intermodalidade é comum que 143 as empresas contratem transportadoras para levar a mercadoria da origem ao destino Caso a empresa decida contratar uma única transportadora que irá gerir o transporte desde o ponto de origem até o destino final conceito de multimodalidade temse o Contrato de Transporte de Cargas Multimodal CTCM Um exemplo é o caso de contêineres sendo transportados pelos modos rodoviários ferroviários e aquaviários a partir de um único contrato de transporte O Operador de Transporte Multimodal OTM nesses casos busca definir as melhores estratégias que garantam a mercadoria no lugar certo em tempo apropriado reduzindose os custos de transportes Algumas estratégias na logística portuária podem agregar valor ao transporte e consequentemente atrair investimentos e negócios para um determinado porto São elas roteirização especificidade da carga integração de atividades e alteração de modelos de gestão Quando os operadores portuários oferecem serviços de roteirização apresentam um diferencial competitivo que pode agregar valor ao frete A definição de rotas pendulares ou a utilização de um Hub pode ser crucial para garantir um nível de serviço adequado dentro dos menores custos Quando um operador portuário já tem o conhecimento prévio das melhores estratégias de roteirização pode oferecer esse tipo de serviço ao contratante como um adicional atrativo e ainda incluir essa operação na precificação do serviço A armazenagem e estocagem de carga em um porto pode requerer uma quantidade de equipamentos que muitas vezes limitam os tipos de mercadorias que podem embarcar e desembarcar ali Quando o operador portuário tem a capacidade e equipamentos adequados para gerir diferentes tipos de carga com segurança ele oferece ao contratante o serviço de especificidade da carga que é a garantia de que o produto será movimentado da maneira correta pelos equipamentos adequados quando estiver nas instalações portuárias Essa capacidade pode representar um adicional do valor do frete da mercadoria que passará por esse porto A integração de atividades é a capacidade que o porto tem de garantir que a mercadoria que chega a ele de forma massificada em grandes volumes pelos navios consiga adentrar e ser armazenada e distribuída de forma atomizada havendo 144 escoamento da carga em caminhões de forma individualizada Para integrar as atividades dentro de um porto é preciso que as instalações sejam dotadas de equipamentos para fazer o transbordo da carga Essa função de individualizar ou massificar a carga pode gerar valor ao transporte e representar um adicional no frete do produto Por fim adotar medidas de gestão portuária podem significar aumento ou redução do custo de transporte das mercadorias que por ali passam Existe uma tendência atual de transferir a jurisdição de portos do poder público que era o modelo convencional para a iniciativa privada A concessão ou privatização de portos ou de berços é uma alternativa que pode representar um benefício para empresas que necessitam escoar seus produtos com mais agilidade garantindo mais segurança no tratamento das cargas 69 Dimensionamento de um porto Quando se trata de estruturação de uma região portuária o dimensionamento das estruturas deve contar com um certo grau de incerteza Em geral tendese a projetar estruturas que operem no longo prazo mas é preciso se adaptar às condições que variam com o tempo Devido ao elevado grau de imprevisibilidade de alguns acontecimentos como fenômenos naturais alteração do tráfego e da demanda de utilização daquele porto é necessário realizar o projeto que atenda as piores condições de operação para que o porto não fique inoperante Todavia dimensionar estruturas para as condições críticas pode ser oneroso demais e ter bastante impacto econômico na operação desse terminal Na prática o que se faz é buscar o equilíbrio entre obras que consigam manter o padrão de operação nível de serviço pelo maior tempo possível minimizando o custo de construção e manutenção das estruturas Alguns elementos como nível dágua muito elevado ou muito baixo correntes fortes ondas violentas ventos fortes podem dificultar a operação de determinado porto e suas ocorrências devem ser levadas em consideração no momento de dimensionar o porto e equipamentos operacionais Como consequência de um projeto incorreto de obras portuárias temse além dos prejuízos econômicos impactos sociais já que o 145 volume de mercadoria que passa por uma instalação portuária é elevado e muitas vezes abastece uma região inteira Ao se dimensionar um porto devese definir a capacidade de operação não só das estruturas de atracação mas também dos equipamentos de carga e descarga Existe um tradeoff entre a quantidade de equipamentos de cargadescarga e o custo de operação O custo associado à construção e manutenção de mais equipamentos de cargadescarga pode ser compensado com a redução do tempo e custo dessas operações Efetuar a cargadescarga mais rapidamente pode no entanto representar um aumento no risco de avarias e quebras das mercadorias A otimização da logística portuária bem como a proposição de adaptações para atender às demandas podem atualmente ser realizadas através de simulações computacionais em softwares específicos de operação portuária As embarcações que irão operar em um porto têm grande influência no seu dimensionamento Em geral a influência dos navios no projeto portuário busca definir a condições de atracação e as instalações operacionais para atender àquela demanda As dimensões e características dos navios determinam critérios de projeto dos portos que precisam levar em consideração também uma previsão de tráfego futuro com uma projeção de embarcações que podem vir a atracar ali Entre as principais características dos navios podemos citar aquelas que influenciam o dimensionamento dos portos como mostrado na Tabela 63 Com relação ao sistema de armazenagem e cargadescarga este deve ser dimensionado como apresentado na Tabela 63 com base no tipo de carga transportada pelo navio Cada terminal apresenta um tipo de berço específico para o navio que irá descarregar ali Embarcações de carga geral por exemplo têm sua cargadescarga realizada perpendicularmente ao navio logo é necessário que os equipamentos disponham de uma grande área para operação de cargadescarga Como a movimentação de mercadorias ocorre ao longo de todo o navio é comum que os pátios de armazenagem estejam localizados próximos ao terminal para evitar que a carga seja transportada por longas distâncias aumentando o custo de transporte 146 Tabela 63 Influência das características do navio no dimensionamento de portos Característica do navio Influência no dimensionamento do porto Comprimento Dimensões dos berços cais e piers Largura da boca Tamanho dos equipamentos de cargadescarga largura do canal de navegação Calado Profundidade dos berços e canais de navegação Capacidade de carga do navio Área mínima para armazenagem e taxa de cargadescarga dos equipamentos do porto Guindastes e bombas do navio Equipamentos de cargadescarga do porto Tipo de carga transportada Equipamentos de cargadescarga e área de estocagem específicas Características de locomoção estruturais e de forma Dimensionamento dos berços defensas Equipamento de amarração Estruturas de amarração e acostagem Condições de manobrabilidade Dimensões do canal de navegação Outro exemplo de especificidade na operação de cargadescarga é o caso dos navios do tipo tanque Nessas embarcações o carregamento e descarregamento são realizados através de um ponto central na embarcação A estrutura de carga e descarga é portanto apoiada em uma plataforma e a atracação ocorre de forma isolada O transporte desse tipo de produto até o armazém de estoque geralmente é feito por meio de dutos e geralmente os locais de armazenagem não necessitam ser muito próximos à área de cargadescarga De maneira geral a forma como a carga está disposta no navio seu peso e a capacidade de manobras dos equipamentos de cargadescarga influenciam no tipo de instalação portuária para transporte e armazenagem Sempre que possível um porto deve ser dimensionado para atender a maior variedade de cargas sendo assim mais flexível exceto nos casos em que a demanda por uma especificidade de carga é grande num longo período o que justifica a aquisição de equipamentos extremamente especializados para essa operação 610 Planejamento de portos e terminais hidroviários Na seção anterior vimos as características que influenciam o dimensionamento estrutural de uma instalação portuária e de seus equipamentos de cargadescarga 147 Além de garantir um correto projeto estrutural para que o porto possa atender às demandas mantendo suas condições físicas adequadas para o funcionamento é importante analisar as variáveis que interferem nas operações portuárias O dimensionamento da capacidade sistêmica de um porto é crucial para tornálo competitivo no mercado internacional Aqui vamos dividir a operação portuária em 3 interfaces lado aquático interface águaterra e lado terra e entender as características e peculiaridades de cada uma O dimensionamento temporal básico de um porto leva em consideração os tempos de serviço manobra e espera para atracar conforme apresentado na Equação 61 Equação 61 Dimensionamento temporal básico em um porto Sendo Tp Tempo no porto Tw Tempo de espera para atracação Tm Tempo de manobra Ts Tempo de serviço a Lado aquático O lado aquático está relacionado a toda a movimentação de embarcação antes da chegada à instalação portuária e atracação no berço A operação nessa fase do transporte aquaviário tem relação com características físicas da região e as condições de navegação ao se aproximar do porto É comum observar nessas regiões as construções de obras de proteção diques molhes e quebramares para reduzir as ações dos fenômenos naturais como ondas e correntezas Em alguns casos no entanto o porto é naturalmente protegido sendo considerado um importante benefício logístico como é o caso do Porto de Santos A velocidade de operação nessas regiões depende de duas características dos canais de navegação a largura em trecho reto e em curva e a profundidade do canal Para os trechos retos a largura mínima do canal a ser dimensionada leva em consideração a largura de manobras da embarcação e outras parcelas que são relacionadas a questões ambientais tipos de carga auxílio de navegação e a inclinação do talude às margens no caso de canal em rios Em trechos em curva a largura do canal adotada é a largura 148 calculada em trecho reto acrescido de uma parcela de sobrelargura que depende de fatores como velocidade do navio correntes transversais ventos transversais entre outros A profundidade do canal também tem papel importante na operação no lado aquático A alteração da profundidade de um canal se dá por obras de dragagem visando readequar o canal para o tráfego previsto Existe uma relação entre a profundidade do canal e a velocidade que a embarcação pode desenvolver Essa relação é estabelecida pelo Número de Froude que é uma relação que permite maiores velocidades para canais mais profundos Por fim um dos fenômenos que é observado quando a embarcação navega em alta velocidade é a pressão de afundamento Quanto maior a velocidade maior a pressão de afundamento que é calculada a partir do Número de Froude b Interface águaterra Quando o veículo se aproxima da zona portuária geralmente existe uma ordem de atendimento que depende da capacidade do porto A quantidade de berços disponíveis para atracação é fator fundamental no atendimento das embarcações que respeita a teoria das filas A teoria das filas é um modelo simplificado de quantificar as quantidades de veículos que chegam a um determinado local e a capacidade de atendimento dessa entidade Nesta seção veremos um exemplo da teoria das filas o modelo determinístico mas existem modelos mais elaborados baseados em funções de probabilidade O modelo determinístico de teoria das filas é baseado em uma taxa de chegada λ e uma taxa de atendimento μ dos veículos Enquanto a taxa de chegada é o número de embarcações solicitantes no sistema por um período de tempo a taxa de atendimento é a quantidade de veículos atendidos nesse período Quando a taxa de chegada é maior que a taxa de atendimento ocorrem as filas que numericamente se dão pela diferença entre a quantidade de veículos que chegaram e a quantidade de veículos que foram atendidos Vejamos o exemplo a seguir 149 Exemplo 61 Em um determinado berço de porto a operação de descarga começa às 6h00 da manhã hora 0 com uma taxa de chegada de 5 embarcaçõeshora Pelo fato de um dos 2 guindastes estar inoperante a taxa de atendimento é de 3 embarcaçõeshora Às 9h00 da manhã hora 3 o guindaste que estava inoperante é colocado em operação e a nova taxa de atendimento é de 7 embarcaçõeshora Esboce os gráficos de veículos que chegam e veículos atendidos nesse terminal Quando ocorre o fim da fila Resposta O fim da fila ocorre às 12h00 hora 6 Obs a distância entre as curvas é o tamanho da fila c Lado terra A operação no lado terra é dependente da quantidade de equipamentos disponíveis para movimentar a carga no terminal e a capacidade de armazenamento A movimentação em um terminal de contêineres por exemplo se dá através de guindastes A operação portanto vai estar associada à capacidade de movimentação do guindaste O guindaste móvel mobile harbour crane por exemplo tem uma capacidade de rendimento de 2528 contêinereshora Já a capacidade de armazenamento vai depender do tipo de estocagem em silos em pilhas em contêineres etc Em estocagem em pilhas o fator de acondicionamentoângulo de repouso interfere na capacidade de carga de um terminal graneleiro Já em estocagem 150 em silos existe uma melhor utilização da área de armazenagem e a carga fica mais protegida Conclusão Apesar do alto potencial o investimento no setor aquaviário no Brasil ainda é considerado baixo Capacitar os profissionais relacionados ao ramo de transportes para voltarem os olhos para esse setor é uma das formas de se estimular o crescimento do transporte aquaviário no Brasil Neste bloco tratamos das principais características desse modo de transporte Foram abordados conceitos relacionados aos tipos de embarcações e suas especificidades características das vias navegáveis marítimas e fluviais e as obras de proteção contra fenômenos naturais Por fim conceitos relacionados à logística portuária e à operação de uma instalação portuária foram pontuados Os temas aqui abordados dão uma visão sistêmica ao Engenheiro Civil sobre o transporte aquaviário já que este profissional é o responsável pelo projeto construção e manutenção das vias e instalações necessárias à sua operação Referências Bibliográficas ASSIRATI L Notas de aula STT0403 Aeroportos Portos e Vias Navegáveis Dimensionamento da Capacidade Sistêmica Universidade de São Paulo São Carlos 2019 151 ASSIRATI L Notas de aula STT0403 Aeroportos Portos e Vias Navegáveis Planejamento de Rede e Logística Universidade de São Paulo São Carlos 2019 CNT Aspectos Gerais da Navegação Interior no Brasil Confederação Nacional de Transportes 2019 Disponível em httpscntorgbraspectosgeraisnavegacaobrasil Acesso em 26 mar 2021 DNIT Hidrovias Brasileiras Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes 2020 Disponível em httpswwwgovbrdnitptbrassuntosaquaviariohidrovias Acesso em 25 mar 2021 NOTTEBOOM T E RODRIGUE J P Port regionalization towards a new 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