Apostila Projeto de Estradas-projeto Geométrico de Rodovias Ufpr

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES PROJETO GEOMÉTRICO DE RODOVIAS CURSO: ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA: TT-048 – INFRAESTRUTURA VIÁRIA PROFESSORES: Djalma Martins Pereira Eduardo Ratton Gilza Fernandes Blasi Márcia de Andrade Pereira Wilson Küster Filho MARÇO/2010 DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 2 Sumário 1 PROJETOS DE ENGENHARIA................................................................................. 4 1.1 FASES DE SERVIÇOS DE ENGENHARIA ......................................................... 4 1.1.1 PROJETO ................................................................................................ 4 1.1.2 CONSTRUÇÃO ..................................................................................... 7 1.1.3 OPERAÇÃO .......................................................................................... 8 1.1.4 CONSERVAÇÃO .................................................................................. 9 1.2 ESTUDOS DE TRAÇADO/PROJETO GEOMÉTRICO ....................................... 10 1.2.1 RECONHECIMENTO ......................................................................... 10 1.2.2 EXPLORAÇÃO ................................................................................... 11 1.2.3 PROJETO DA EXPLORAÇÃO ........................................................... 15 1.2.4 LOCAÇÃO .......................................................................................... 16 1.2.5 PROJETO DA LOCAÇÃO .................................................................. 16 1.2.6 PROJETO DA EXPLORAÇÃO / EXECUÇÃO DO PROJETO ........... 20 1.2.7 ESCOLHA DA DIRETRIZ ................................................................... 20 2 CURVAS HORIZONTAIS CIRCULARES ............................................................... 20 2.1 INTRODUÇÃO - ESCOLHA DA CURVA ......................................................... 20 2.2 PONTOS E ELEMENTOS DA CURVA CIRCULAR ........................................... 21 2.3 CÁLCULO DOS ELEMENTOS DAS CURVAS CIRCULARES ....................... 22 2.3.1 DEFLEXÃO E ÂNGULO CENTRAL .................................................. 22 2.3.2 GRAU DE RAIO E RAIO DA CURVA ............................................. 23 2.3.3 DEFLEXÕES ...................................................................................... 24 2.3.4 OUTROS ELEMENTOS .................................................................... 24 2.4 SEQUÊNCIA DE PROCEDIMENTOS PARA PROJETO ............................... 24 2.5 CÁLCULO DO ESTAQUEAMENTO .............................................................. 25 2.6 DESENHO ...................................................................................................... 26 2.7 LOCAÇÃO ...................................................................................................... 27 2.8 EXERCÍCIOS .................................................................................................. 28 3 CURVAS HORIZONTAIS DE TRANSIÇÃO ............................................................ 33 3.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 33 3.2 FORMAS DE IMPLANTAÇÃO DA TRANSIÇÃO .......................................... 34 3.3 ESTUDO DA CURVA DE TRANSIÇÃO - ESPIRAL DE CORNU ................ 36 3.3.1 PONTOS PRINCIPAIS DA TRANSIÇÃO ................................................. 36 3.3.2 COMPRIMENTO DA TRANSIÇÃO ................................................... 36 3.3.3 ÂNGULO CENTRAL DA ESPIRAL .................................................. 39 3.3.4 COORDENADAS CARTESIANAS DE UM PONTO DA ESPIRAL ... 41 3.3.5 DEFLEXÕES DO RAMO DA ESPIRAL RETROESCAVADO DE ORIGEM .. 43 3.3.6 ELEMENTOS DE CÁLCULO DA CURVA DE TRANSIÇÃO .......... 44 3.4 COMPATIBILIDADE ENTRE RAIO E DEFLEXÃO ..................................... 43 3.5 SEQUÊNCIA DE PROCEDIMENTO DE PROJETO .................................... 44 3.6 ESTAQUEAMENTO ....................................................................................... 44 3.7 EXERCÍCIOS .................................................................................................. 44 4 SUPERELEVAÇÃO ................................................................................................. 48 4.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 48 4.2 DEFINIÇÕES .................................................................................................. 48 4.3 NECESSIDADE DA SUPERELEVAÇÃO ...................................................... 51 4.3.1 EQUILÍBRIO DE FORÇAS COM ATRITO TRANSVERSAL ............... 52 4.3.2 LIMITES PARA ADOÇÃO DE SUPERELEVAÇÃO ......................... 54 4.3.3 TAXAS LÍMITES ADMISSÍVEIS PARA A SUPERELEVAÇÃO ..... 56 4.3.4 RAIO MÍNIMO DE CURVATURA HORIZONTAL ............................ 58 DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 3 4.3.5 TAXA DE SUPERELEVAÇÃO ............................................................ 58 4.3.6 NECESSIDADES E LIMITES DAS CURVAS HORIZONTAIS COM OU SEM TRANSIÇÃO... 59 4.3.7 POSIÇÃO DO EIXO DE ROTAÇÃO DA PISTA ................................... 60 4.4 COMPRIMENTOS DE TRANSIÇÃO ............................................................ 63 4.4.1 COMPRIMENTO DE TRANSIÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO (IE) ........ 65 4.4.2 COMPRIMENTO DE TRANSIÇÃO DO ABAULAMENTO (T) ............. 66 4.5 DISTRIBUIÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO ....................................................... 67 4.5.1 CURVAS ISOLADAS ............................................................................ 67 4.5.2 CURVAS PRÓXIMAS ........................................................................... 68 5 SUPERLARGURA ..................................................................................................... 70 5.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 70 5.2 DEFINIÇÕES .................................................................................................. 71 5.3 LIMITES PARA A ADOÇÃO DE SUPERLARGURA ................................... 72 5.4 VALORES DE SUPERLARGURA PARA PROJETO .................................... 72 5.5 PISTAS COM MAIS DE DUAS FAIXAS ....................................................... 76 5.6 IMPLANTAÇÃO DA SUPERLARGURA ..................................................... 80 5.6.1 DISPOSIÇÃO DA SUPERLARGURA EM PISTA SIMPLES COM DUAS FAIXAS DE ROLAMENTO ... 83 5.7 EXERCÍCIOS DE SUPERELEVAÇÃO E SUPERLARGURA ..................... 84 6 DISTÂNCIAS DE VISIBILIDADE .......................................................................... 86 6.1 DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE DE PARADA ............................................ 86 6.2 DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE DE ULTRAPASSAGEM .......................... 88 7 CURVAS VERTICAIS ............................................................................................. 90 7.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 90 7.2 DEFINIÇÃO DO TIPO DE CURVA VERTICAL .......................................... 91 7.2.1 VANTAGENS DA PARÁBOLA DO 2º GRAU ..................................... 91 7.2.2 PROPRIEDADES DA PARÁBOLA ..................................................... 92 7.3 ESTUDO DA PARÁBOLA DO 2º GRAU ................................................... 93 7.3.1 PONTOS E ELEMENTOS DA PARÁBOLA ........................................ 94 7.4 CÁLCULO DA PARÁBOLA ......................................................................... 94 7.5 SISTEMAS DE EIXOS .................................................................................. 96 7.6 SEQUÊNCIA DE PROCEDIMENTOS PARA PROJETOS......................... 98 7.7 EXERCÍCIOS ................................................................................................ 100 8 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 107 DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 4 1 PROJETOS DE ENGENHARIA 1.1 FASES DE SERVIÇOS DE ENGENHARIA Qualquer obra de engenharia seja civil, hidráulica, de transportes, saneamento, mista, etc..., desde a sua concepção inicial até a sua devida utilização prática, exige a aplicação de quatro fases interdependentes de serviços, de igual importância, quais sejam: P R O J E T O C O N S T R U Ç Ã O O P E R A Ç Ã O C O N S E R V A Ç Ã O 1.1.1 PROJETO O projeto de uma obra de engenharia, em particular, de uma "estrada", chamada de Projeto Final de Engenharia, Projeto Final ou simplesmente Projeto de Engenharia, deve ser o mais completo (abrangente) possível, de fácil entendimento, perfeitamente exequível para as condições vigentes, com identificação e solução dos prováveis problemas, observar padronização conforme normas estabelecidas, conter todos os elementos quantitativos, qualitativos e técnicos nos níveis de detalhamento ideal para a sua melhor e integral aplicação. PROJETO DE RODOVIAS Um projeto de rodovia pode ter subdivisões inter-relacionadas conforme suas necessidades próprias, mas de uma maneira geral, os Projetos de Engenharia são informalmente padronizados, compreendendo os seguintes tópicos: ESTUDOS DE TRÁFEGO - trata da coleta de dados de tráfego, seu estudo e análise do tráfego atual e futuro com vistas a propiciar meios necessários para avaliar a suficiência do sistema de transporte existente, auxiliar na definição de traçado e padrão da rodovia, definir a classe e suas características técnicas, determinar as características operacionais da rodovia e fornecer insumos para a análise de viabilidade econômica. ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA-ECONÔMICA - tem por objetivo dar subsídios para seleção das alternativas de traçado mais convenientes, determinar as características técnicas mais adequadas em função dos dados de tráfego e definir a viabilidade econômica do projeto. É desenvolvido ainda DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 5 na fase inicial (preliminar) dos serviços, ou seja, de Reconhecimento da área a ser projetada. ESTUDOS HIDROLÓGICOS - consistem na coleta de dados, processamento destes dados e análise relativa a todo aspecto hidrológico nas diversas fases de projeto. ESTUDOS TOPOGRÁFICOS - consistem na busca do pleno conhecimento do terreno através de levantamento topográfico convencional ou por processo aerofotogramétrico, com formas de trabalho, precisão e tolerância em consonância a fase de projeto que se desenvolve. ESTUDOS GEOLÓGICOS E GEOTÉCNICOS - têm por objetivo o melhor conhecimento da constituição do terreno através de sondagens e coleta de materiais no campo e consequentes ensaios destes materiais para definição de suas características e aplicabilidade. PROJETO GEOMÉTRICO - tem por objetivo o completo estudo e consequente definição geométrica de uma rodovia, das características técnicas tais como raios de curvaturas, rampas, plataforma, etc..., com precisão tal que permita sua conformação espacial, sua quantificação, correspondente orçamento e possibilite a sua perfeita execução através de um adequado planejamento. PROJETO DE TERRAPLENAGEM / OBRAS DE ARTE CORRENTES - consiste na determinação dos volumes de terraplenagem, dos locais de empréstimos e bota-fora de materiais e na elaboração de quadros de distribuição do movimento de terra, complementado pela definição das Obras de Arte Correntes. PROJETO DE DRENAGEM - visa estabelecer a concepção das estruturas que comporão o projeto de drenagem superficial e profunda, estabelecendo seus dimensionamentos e apresentando quadros identificativos do tipo de obra, localização e demais informações. PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO - objetiva estabelecer a concepção do projeto de pavimento, a seleção das ocorrências de materiais a serem indicados, dimensionamento e definição dos trechos homogêneos, bem como o cálculo dos volumes e distâncias de transporte dos materiais empregados. PROJETO DE OBRAS DE ARTE ESPECIAIS - consiste na concepção, no cálculo estrutural e confecção das plantas de execução de pontes e viadutos. PROJETO DE INTERSEÇÕES, RETORNOS E ACESSOS - consiste na identificação e concepção de projeto, detalhamento e demonstração das plantas de execução destes dispositivos. PROJETO DE OBRAS COMPLEMENTARES - é desenvolvido em função dos demais projetos, complementando-os conforme análise de DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 6 necessidades de implantação de dispositivos de funcionalidade e de segurança do complexo da obra de engenharia, com definições, desenhos e localizações detalhadas dos dispositivos projetados; também envolve os projetos especiais de paisagismo e locais de lazer nas áreas adjacentes à via em estudo a partir de um cadastro pedológico e vegetal. PROJETO DE SINALIZAÇÃO - é composto pelo projeto de sinalização horizontal e vertical das vias, interseções e acessos, também pela sinalização por sinais luminosos em vias urbanas, onde são especificados os tipos dos dispositivos de sinalização, localização de aplicação e quantidades correspondentes. PROJETO DE DESAPROPRIAÇÃO - é constituído de levantamento topográfico da área envolvida, da determinação do custo de desapropriação de cada unidade, do registro das informações de cadastro em formulário próprio, da planta cadastral individual das propriedades compreendidas, total ou parcialmente na área e, por fim, relatório demonstrativo. PROJETO DE INSTALAÇÕES PARA OPERAÇÃO DA RODOVIA - é constituído de memória justificativa, projetos e desenhos específicos e notas de serviços dos dispositivos tais como postos de pedágio, postos de polícia, balanças, residências de conservação, postos de abastecimento, áreas de estacionamento, paradas de ônibus, etc... ORÇAMENTO DOS PROJETOS - consiste na pesquisa de mercado de salários, materiais, equipamentos, etc... para o cálculo dos custos unitários dos serviços e estudo dos custos de transportes para confecção do orçamento total da obra. PLANO DE EXECUÇÃO DOS SERVIÇOS - apresenta um plano de ataque dos serviços considerando a forma e equipamento para execução, bem como os cronogramas e dimensionamento/ "lay-out" das instalações necessárias à execução da obra. DOCUMENTOS PARA LICITAÇÃO - visam identificar e especificar as condições que nortearão a licitação dos serviços para execução da obra. ESTUDO DE IMPACTO AMBIENTAL (EIA) – trata-se da execução por equipe multidisciplinar das tarefas técnicas e científicas destinadas a analisar sistematicamente as consequências da implantação de um projeto no meio ambiente, através de métodos de avaliações proativos e técnicas de previsão dos impactos ambientais e consequente desenvolvimento de medidas específicas de proteção, recuperação e melhorias no meio ambiente, garantindo o mínimo efeito ao ecossistema. RELATÓRIO DE IMPACTO AMBIENTAL (RIMA) – é o documento que apresenta os resultados dos estudos técnicos e científicos da avaliação de impacto ambiental; deve conter o esclarecimento dos dados e dos elementos da proposta em estudo, de modo que possam ser divulgados e apreciados pelos DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 7 grupos sociais interessados e por todas as instituições envolvidas na tomada de decisão. Nesta disciplina trataremos em maiores detalhes o projeto geométrico, de terraplenagem, de drenagem, de obras complementares, de sinalização e orçamento. 1.1.2 CONSTRUÇÃO A fase de construção de uma obra de engenharia, que deve orientar-se rigorosamente pelo correspondente projeto, é composta por uma grande quantidade de diferentes serviços que, normalmente, são agrupados em 4 títulos gerais: a. IMPLANTAÇÃO BÁSICA b. OBRAS DE ARTE ESPECIAIS c. TÚNEIS d. SUPERESTRUTURA Cada um destes grupos de serviços de construção compreende divisões e subdivisões em itens ou unidades de serviço, como segue: IMPLANTAÇÃO BÁSICA a. SERVIÇOS PRELIMINARES Destocamento Desmatamento Limpeza b. OBRAS DE ARTE CORRENTES Bueiros diversos Bocas de bueiros Saídas d’água Drenos c. TERRAPLENAGEM Escavação/carga/ Transporte/descarga Compactação d. SERVIÇOS COMPLEMENTARES Sarjetas Dispositivos de Proteção OBRAS DE ARTE ESPECIAIS a. PONTES b. VIADUTOS c. OBRAS DE CONTENÇÃO TÚNEIS a. COM ESTABILIDADE NATURAL b. COM ESTABILIDADE ARTIFICIAL DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 8 SUPERESTRUTURA a. LEITO NATURAL: Solo local espalhado b. REVESTIMENTO PRIMÁRIO: Solo local ou importado, estabilizado c. PAVIMENTO: Asfalto, concreto, pedra, paralelepípedo. 1.1.3 OPERAÇÃO O controle operacional de uma rodovia tem por objetivo analisar continuamente os níveis de serviço nos diversos trechos, através de instrumentos de gestão que garantam a imediata tomada de decisões para solucionar os eventuais problemas ou situações que possam ameaçar a segurança e o conforto dos usuários. Para tanto, deverão estar permanentemente disponíveis os serviços operacionais de: • Inspeção de trânsito (sinalização e emergência) • Atendimento pré-hospitalar (primeiros socorros e remoção) • Atendimento mecânico (resgate/ guincho) • Atendimento de incidentes (limpeza de pista) • Fiscalização de trânsito (polícia rodoviária) • Unidades móveis de controle de peso dos veículos (balanças). Além dos serviços de apoio acima descritos, nas modernas rodovias são indispensáveis os sistemas de comunicação e controle, tais como telefonia de emergência (caixas de chamada) e comunicação entre viaturas e, em algumas estradas mais modernas, são implantados sistemas de câmeras de TV para monitoramento permanente (Ex: Via Dutra). Historicamente o Governo sempre foi o responsável pela operação das rodovias, no entanto, nos últimos anos ocorreu um progresso na forma de operação das rodovias através da promulgação de uma legislação que permite a concessão de serviços públicos para a iniciativa privada. Dentro deste modelo de concessões rodoviárias, o Governo concede para a iniciativa privada a exploração de um determinado trecho rodoviário, exigindo desta a realização de obras para ampliação da capacidade e conservação da rodovia, autorizando-a a cobrar um pedágio dos usuários. Nestas situações o Governo mantém-se como controlador e fiscalizador das operações de cobrança e de execução das obras necessárias. DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 9 1.1.4 CONSERVAÇÃO Toda obra de engenharia, por princípios de concepção, tem por propósito a manutenção de suas características básicas, apesar da ação implacável do tempo em si e das variações frequentes das condições climáticas (agentes atmosféricos) e ainda, no caso de rodovias e vias urbanas, a ação do tráfego dos veículos que tendem a desgastar tais obras, podendo levar até a total destruição. Para garantir as características das obras e consequentemente evitar a possível destruição, e visando a manutenção de boas condições de tráfego e segurança, são executados os serviços de Conservação que, por sua vez, é subdividida em Rotineira que consiste na manutenção diária, constante, com serviços de finalidade preventiva; a outra subdivisão é a Periódica, que consiste em consertar e refazer trechos envolvendo grandes quantidades de serviços. Atualmente vem desenvolvendo-se uma importante ferramenta para melhor conhecimento, dimensionamento e planejamento das necessidades da conservação através do Sistema de Gerenciamento de Pavimentos - SGP. 1.2 ESTUDOS DE TRAÇADO/PROJETO GEOMÉTRICO O Projeto Geométrico ou Geometria de uma rodovia ou via urbana é composto por um conjunto de levantamentos, estudos, definições das melhores soluções técnicas, cálculos e muitos outros elementos que, harmonicamente, integrarão uma das fases dos serviços de engenharia visando garantir a viabilidade técnica, econômica e social do produto final. Uma das fases preliminares que antecede os trabalhos de execução do projeto geométrico propriamente dito é a é constituída pelos estudos de traçado, que tem por objetivo principal a delimitação dos locais convenientes para a passagem da rodovia ou via urbana, a partir da obtenção de informações básicas a respeito da geomorfologia da região e a caracterização geométrica desses locais de forma a permitir o desenvolvimento do projeto. Com o objetivo de identificar os processos de dimensionamento e disposição das características geométricas especiais (conformação tridimensional) do corpo estradal, a seguinte classificação, por fase, para a elaboração de um projeto pode ser considerada: • RECONHECIMENTO – terrestre ou aerofotogramétrico • EXPLORAÇÃO – terrestre ou aerofotogramétrica • PROJETO DA EXPLORAÇÃO • LOCAÇÃO • PROJETO DA LOCAÇÃO DTT/UFPR – Projeto Geométrico de Rodovias - Parte I 10 Atualmente, as duas primeiras fases deixaram de ser executadas com base em operações topográficas, passando-se a adotar trabalhos aerofotogramétricos e até o auxílio do produto de sensoriamento remoto baseado em fotos emitidas por satélites. No entanto, por comodidade de visualização, vamos nos referir basicamente aos recursos da topografia, sendo de aplicação idêntica nos procedimentos mais modernos. A locação é totalmente feita por processos topográficos. 1.2.1 RECONHECIMENTO Definidos os objetivos da obra, os pontos extremos e possivelmente os pontos intermediários e demais elementos caracterizadores do projeto, passa-se a execução das operações que permitam o Reconhecimento da área territorial de trabalho através de levantamento topográfico expedito ou aerofotogramétrico, complementado com informações geológicas e hidrológicas, de relativa precisão, cobrindo duas ou mais faixas de terreno que tenham condições de acomodar a pretendida estrada; dentre as opções de faixas de exploração detectadas vamos selecionar as mais adequadas às especificações do projeto. Teoricamente o traçado ideal é a linha reta ligando pontos de interesse, o que é buscado na prática, mas raramente factível. Os pontos extremos, onde deve iniciar e terminar a futura via são imposições do projeto, chamados de pontos obrigatórios de condição; os demais pontos intermediários pelos quais a estrada deve passar, sejam por imposição do contratante do projeto ou por razões técnicas, são chamados de pontos obrigatórios de passagem. No Reconhecimento são realizadas as seguintes tarefas: a. LEVANTAMENTO PLANIMÉTRICO b. LEVANTAMENTO ALTIMÉTRICO LONGITUDINAL c. LEVANTAMENTO ALTIMÉTRICO TRANSVERSAL d. DESENHO e. ANTEPROJETO As escalas para os desenhos são variáveis e escolhidas em função da extensão da estrada, quantidades de representações e critérios específicos. A escala vertical é sempre 10 vezes maior que a escala horizontal, sendo mais empregadas as seguintes escalas: • Horizontal: 1/10.000 e Vertical: 1/1.000 • Horizontal: 1/5.000 e Vertical: 1/500