TEMA I. INTRODUÇÃO E ESTUDO DOS ELEMENTOS DE UMA VIA

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1 TEMA I. INTRODUÇÃO E ESTUDO DOS ELEMENTOS DE UMA VIA Introdução da disciplina Aspetos gerais Elementos de uma Via INTRODUÇÃO. Um dos elementos fundamentais e determinantes no desenvolvimento de um país o constituem os chamados sistemas de transporte; entre os quais se podem mencionar: estradas, ferrovias, transporte aéreo, transporte contínuo por tubeiras, transporte fluvial; etc. Entre eles as estradas e caminhos são um elo fundamental dentro do sistema já que não só som a infraestrutura de todo o transporte automotor, mas sim também enlaçam diferentes tipos de transporte como pode ser aeroportos com cidades, portos, terminais de ferrovia, etc. Embora nesta disciplina se estudará aspetos ligados apenas a estradas, é necessário destacar que no desenvolvimento econômico e social de um país terá que ter em conta todos os sistemas de transporte que o integram, já que um estudo por separado não subministra a rede idônea que a economia do país exige. ASPETOS GERAIS Da antiguidade, a construção de estradas foi um dos primeiros signos de civilização avançada. Quando as cidades das primeiras civilizações começaram a aumentar de tamanho e densidade de população, a comunicação com outras regiões se tornou necessária para fazer chegar fornecimentos alimentícios ou transportá-los a outros consumidores. Entre os primeiros construtores de estradas se encontram os mesopotâmicos, por volta do ano 3500 a.c.; os chineses, que construíram a Rota da Seda (a mais larga mundo) durante anos, e desenvolveram um sistema de estradas em torno do século XI a.c., e os incas da Sumérica, que construíram uma avançada rede de caminhos que não podem ser considerados estritamente estradas, já que os incas não conheciam a roda. Das estradas ainda existentes, as mais antigas foram construídas pelos romanos. A via Apeia começou a construir-se ao redor do 312 a.c., e a via Faminia por volta do 220 a.c. Na cúpula de seu poder, o Império romano tinha um sistema de estradas de km, consistentes em 29 calçadas que partiam da cidade de Roma, e uma rede que cobria todas as províncias conquistadas importantes, incluindo Grã-Bretanha. Na Idade Média se abandonou o cuidado das vias e caminhos e seu estado era deplorável, por isso os maiores volumes de transporte se realizavam por mar, até que na França, a metade do século XVII, o governo instituiu um sistema para reforçar o trabalho local nas estradas, e com este método construiu aproximadamente km de estradas principais, o que propiciou o auge das diligências. Durante as três primeiras décadas do século XIX, dois engenheiros britânicos, Thomas Telford e John Loudon McAdam, e um engenheiro de caminhos francês, Pierre-Enjoe- Jérôme Trésaguet, aperfeiçoaram os métodos e técnicas de construção de estradas. Durante o período de expansão da ferrovia na última metade do século XIX, o desenvolvimento das estradas sofreu seu correspondente declive. Também neste período se introduziram o tijolo e o asfalto como pavimento para as ruas das cidades.

2 A popularidade da bicicleta, que começou na década de 1880, e a introdução do automóvel uma década mais tarde, levou a necessidade de ter mais e melhores estradas. O considerável aumento do tráfico de automóveis durante a seguinte década demonstrou a ineficácia dos velhos métodos de pavimentação e se começam a utilizar novos materiais e técnicas. Durante a I Guerra Mundial, a construção de estradas incluía a drenagem do subsolo, uma cimentação adequada, uma base de concreto e uma capa superficial adicional de concreto ou pavimento betuminoso para suportar o repentino aumento do tráfico pesado. O sistema italiano de auto estradas constituiu a primeira rede de auto-estradas construídas durante a década de 1920 como calçadas com três sulcos individuais, a precursora da estrada moderna. As estradas devem cumprir devido a considerações do tipo econômico, características do terreno e objetivos do projeto que seu traçado seja tão direto entre os pontos extremos a enlaçar como é possível, mas cumprindo-os princípios e normas de engenharia que permitam obter uma obra vial resistente, segura, duradoura, funcional, econômica e de aparência agradável ante os olhos de condutor. Desde este ponto de vista, uma estrada pode ser definida como curva empenada no espaço, com o objetivo de garantir um percurso espacial contínuo; cumprindo-se nela todos os princípios e normas da arte de projetar. CLASSIFICAÇÃO VIAL Uma das classificações consiste em quatro grupos fundamentais de acordo com la função que realizam as vias: artérias principais, artérias menores; coletoras e locais. Dentro das artérias principais existe uma subclassificação correspondente às autoestradas. Quanto às proximidades dos aglomerados populares podem ser: a) Vias urbanas b) Vias rurais Não existe limite rígido de distinção, mas se pode dizer que as urbanas são aquelas próximas a grandes cidades. Sempre que uma estrada una duas cidades a uma distância menor de 10 Km tendo uma população superior a 200,000 habitantes, o projecto se deve dotar com características de vias urbanas. Artéria principal Este sistema o formam as vias utilizadas para fazer viagens de amplitude nacional e proporcionar uma rede sem conexões curtas e capazes de atrair usuários desde compridas distâncias. Prevalecem altos volumes de trânsito e velocidades de operação. O nível de percentagem dentro do sistema é de 6 a 10%. Aqui se encontram as vias expressas e as estradas principais. As vias expressas são estradas multívias com poucas ou nenhuma intercessão a nível. Vinculam diretamente a capital do país com o resto das capitais provinciais. São as de mais alto volumes de trânsito e velocidades de operação pelo que têm seus acessos controlados. Servem a lugares habitados urbanos com população de habitantes ou mais e aqueles de ou mais que se encontram ao alcance destas rotas.

3 As vias principais conformam uma rede contínua com as seguintes características: Cruzam todo o país ou a maior parte do mesmo. Proporcionam viagens de amplitude nacional. Proporcionam vinculação direta entre a capital do país e o resto das capitais provinciais, mas com maior interferência através do movimento de carga e passageiros. Penetram nas zonas urbanas e as áreas desenvolvidas ou em seus limites. Seu principal serviço vai dirigido a lugares urbanos com população de habitantes ou mais, mas podem vincular de forma direta os lugares habitados urbanos com população de ou mais habitantes. São estradas com duas vias de circulação, em dois sentidos, não divididas, com controlo parcial ou inverificado de seus acessos. Artéria menor Tem as características seguintes: Vincula o trânsito entre duas ou mais províncias, embora não se caracteriza por ser de amplitude nacional, pode cruzar uma grande parte do país. Proporciona serviços a lugares urbanos, mas uma maior quantidade destes em comparação com as estradas principais. São uma vinculação entre as províncias próximas com um percurso direto. Proporciona serviços a indústrias transformativas e extrativas; estações ferroviárias, portos; balneário, sempre e quando se encontrarem a uma distância razoável. São de duas vias de circulação, não divididas, de dois sentidos e não têm controlados seus acessos. O nível de percentagem dentro do sistema é de 7 ao 13%. Coletoras Têm as seguintes características: São as principais ramificações do sistema arterial principal e menor, servindo pelo general para viagens intermunicipais nas províncias. São de dois sulcos, dois sentidos, não divididas e não têm controlado seus acessos. Servem eventualmente a lugares habitados urbanos com ou mais habitantes e preferivelmente a lugares habitados urbanos com a habitantes. Ocasionalmente servem a lugares habitados urbanos de a habitantes, que têm um peso econômico significativo na localidade. Podem enlaçar províncias por lugares onde não existem vias arteriais. Orientam o trânsito das vias locais para os sistemas arteriais. O nível de percentagem dentro do sistema é de 24 aos 35%. Locais A rede local apresenta as seguintes características: Proporcionam viagens curtas em comparação com as demais. Constituem uma rede vial ramificada, mas de importância local.

4 Servem a lugares habitados urbanos com a habitantes. O nível de percentagem dentro do sistema é de 50 a 60%. ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DAS ESTRADAS A geometria de uma estrada é definida pelo traçado do seu eixo em planta e pelos perfis longitudinal e transversal. A Fig. 2.1, apresentada a seguir, resume os principais elementos geométricos de uma estrada. ELEMENTOS PLANIMÉTRICOS DUMA ESTRADA: Eixo de uma estrada é o alinhamento longitudinal da mesma. O estudo de um traçado rodoviário é feito com base neste alinhamento. Nas estradas de rodagem, o eixo localizase na região central da pista de rolamento. A apresentação de um projeto em planta consiste na disposição de uma série de alinhamentos retos, concordados pelas curvas de concordância horizontal. Alinhamentos Retos São os trechos retos situados entre duas curvas de concordância; por serem tangentes a essas mesmas curvas, são denominados simplesmente tangentes. Os alinhamentos retos restantes são chamados de tangentes externas. Um alinhamento caracteriza-se: Pela sua extensão (comprimento); Pela sua posição RELATIVA ou ABSOLUTA. Posição Absoluta quando se refere ao azimute, sendo a referência a linha Norte-Sul. Posição Relativa quando se refere à deflexão, ou seja, o ângulo que um alinhamento precedente faz com o procedente.

5 Fig. 2. 2: Eixo de um trecho de estrada de rodagem β1, β2, β3 São os azimutes dos alinhamentos. AZIMUTE É o ângulo que a direção faz com o norte magnético, medido no sentido horário. θ1, θ2 São os ângulos de deflexão. AB DE GH, São as Tangentes. BC CD EF FG, São as Tangentes Externas. BD, EG Desenvolvimento das curvas de concordância. CURVAS DE CONCORDÂNCIA HORIZONTAL As curvas de concordância horizontal são os elementos utilizados para concordar os alinhamentos retos. Essas curvas podem ser classificadas em: Curvas Simples: quando só são empregadas curvas circulares, como indica a Figura abaixo Fig. 2. 3: Curva Circular Simples Curvas Compostas: a) Sem Transição: quando se utilizam dois ou mais arcos de curvas circulares de raios diferentes, para concordar os alinhamentos retos. R1R2ABCDE

6 Fig. 2. 4: Curva Horizontal Composta sem Transição b) Com Transição: quando se empregam as radióides na concordância dos alinhamentos retos. Fig. 2. 5: Curva Horizontal Composta com Transição Quando duas curvas se cruzam em sentidos opostos com o ponto de tangência em comum, recebem o nome de Curvas Reversas, conforme mostra a Fig Fig. 2. 6: Curvas Horizontais Reversas

7 ELEMENTOS ALTIMÉTRICOS DUMA ESTRADA Perfil Longitudinal do Terreno É a representação no plano vertical das diferenças de nível, cotas ou altitudes, obtidas do resultado de um nivelamento feito ao longo do eixo de uma estrada. Greide de uma estrada São linhas de declividade uniforme que tem como finalidade substituir as irregularidades naturais do terreno, possibilitando o seu uso para fins de projeto. A sua representação, no plano vertical, corresponde a um perfil constituído por um conjunto de retas, concordado por curvas, que, no caso de um projeto rodoviário, irá corresponder ao nível atribuído à estrada. Fig. 2. 7: Perfil Longitudinal e Greide de uma estrada a) Greides Retos Quando possuem uma inclinação constante em um determinado trecho. Podem ser: > 0 Quando a tangente do ângulo de inclinação com a horizontal for positiva; = 0 Quando a tangente do ângulo de inclinação com a horizontal for igual a zero. <0 Quando a tangente do ângulo de inclinação com a horizontal for negativa. b) Greides Curvos Quando se utiliza uma curva de concordância para concordar os greides retos. A curva normalmente utilizada para este tipo de concordância é a Parábola do 2 o grau.

8 Seção Transversal Seção Transversal do Terreno (ou Perfil Transversal do Terreno) É a representação, no plano vertical, das diferenças de nível, obtidas do resultado dum nivelamento, normal em cada estaca, pertencente ao alinhamento da estrada, conforme indica a Fig Fig. 2. 9: Perfil Transversal do Terreno Seção Transversal da Estrada (ou Perfil Transversal da Estrada) Seção transversal é a representação geométrica, no plano vertical, de alguns elementos dispostos transversalmente, em determinado ponto do eixo longitudinal da estrada. Poderemos ter seção em corte, seção em aterro ou seção mista. Seção em Corte: corresponde à situação em que a rodovia resulta abaixo da superfície do terreno natural, conforme indica a Fig Fig. 2.10: Seção em corte Seção em Aterro: corresponde à situação contrária, isto é, com a rodovia resultando acima do terreno natural, conforme indica a Fig

9 Fig. 2.11: Seção em aterro Seção Mista: ocorre quando, na mesma seção, a rodovia resulta de um lado, abaixo do terreno natural, e do outro, acima do terreno natural, conforme representado na Fig Fig. 2.12: Seção mista ALGUMAS RECOMENDAÇÕES SOBRE OS PRINCIPAIS ELEMENTOS COMPONENTES DA SEÇÃO TRANSVERSAL DUMA RODOVIA A Fig. Apresenta um esquema elucidativo de uma seção transversal de uma estrada e os principais elementos de projeto

10 Fig. 2.13: Alguns componentes da seção transversal de uma rodovia Taludes Talude é a forma de caracterizar a inclinação da saia do aterro ou a rampa do corte, expresso pela relação v: h entre os catetos verticais (v) e horizontal (h) de um retângulo, cuja hipotenusa coincide com a superfície inclinada (matematicamente, o talude expressa a tangente do ângulo que a superfície inclinada forma com o horizonte). Um talude na proporção 3:2 significa que a cada 2 m de avanço no plano horizontal teremos 3m no plano vertical. Fig. 2.14: Inclinação dos taludes a) Talude de Corte A inclinação desses taludes deve ser tal que garanta a estabilidade dos maciços, evitando o desprendimento de barreiras. A inclinação deste tipo de talude é variável com a natureza do terreno, sendo que as Normas para projeto das estradas recomendam o seguinte: -Terrenos com possibilidade de escorregamento ou desmoronamento: V/H = 1/1; -Terrenos sem possibilidade de escorregamento ou desmoronamento: V/H = 3/2; -Terrenos de rocha viva: Vertical. b) Talude de Aterro A inclinação deste tipo de talude depende da altura do aterro, sendo que as Normas recomendam o seguinte: -Aterros com menos de 3,00 m de altura máxima: V/H = 1/4; -Aterros com mais de 3,00 m de altura máxima: V/H = 1/2. Sarjetas Sarjeta é o dispositivo de drenagem superficial, nas seções de corte. Tem como objetivo coletar as águas de superfície, conduzindo-as longitudinalmente para fora do corte. a) Rampas das Sarjetas: Na parte contígua ao acostamento: 25 %; Na parte contígua ao corte: a mesma inclinação deste talude. b) Distância Horizontal entre o início da sarjeta, a partir do acostamento, e o seu ponto mais baixo, deverá variar: Entre 2,00 m e 1,50 m (Classe Especial e Classe I); Maior ou igual a 1,00 m (Classe II e III). Faixas de Tráfego (ou Faixa de Rolamento) É o espaço dimensionado e destinado à passagem dum veículo por vez. A largura das faixas de rolamento é obtida adicionando-se à largura do veículo de projeto a largura de uma faixa de segurança, função da velocidade de projeto e do nível de conforto de viagem que se deseja proporcionar. Os valores básicos recomendados para a largura de uma faixa de rolamento pavimentada em tangente estão na Tabela 2.1. Pista de Rolamento É o espaço correspondente ao conjunto das faixas de tráfego contíguas.

11 Acostamento e Faixa Lateral É o espaço adjacente às faixas de tráfego que é destinado à parada emergencial de veículos, não sendo em geral dimensionado para suportar o trânsito de veículos (que pode ocorrer em caráter esporádico); nas seções em aterro, os acostamentos externos poderão incluir uma largura adicional (não utilizável pelos veículos) destinada à instalação de dispositivos de sinalização (placas) ou de segurança ( guard-rails ). Todas as vias rurais deverão possuir acostamentos, pavimentados ou não. Quando pavimentados, os acostamentos contribuem para conter e suportar a estrutura do pavimento da pista. A Tabela 2.2 resume as larguras de acostamentos a serem adotados para as diversas classes de projeto. Classes de projeto I IV 0 II III A B A B Tabela 2.2: Largura dos acostamentos externos (m) Características Via Expressa (Controlo total de Acessos) Pista Dupla (Controlo parcial de Acessos) Pista Simples Pista Simples Pista Simples Pista Simples Pista Simples Critério de classificação técnica (1) VELOCIDADE DE PROJECTO (km/h) Plano Ondulado Montanhoso Decisão Administrativa O projeto em pistas simples resultaria em Níveis de Serviço inferiores ao aceitável (2) Volume de tráfego projetado: 200 vph ou > 1400 vpd Volume de tráfego projetado: vpd a 1400 vpd Volume de tráfego projetado: 300 vpd a 700 vpd Tráfego na data de abertura: 50 vpd a 200 vpd Tráfego na data de abertura: <50 vpd Tabela 2.2ª. Classes de projeto para novos traçados de rodovias rurais Plataforma É a porção da estrada compreendida entre os bordos externos dos acostamentos / faixas laterais, acrescida das sarjetas e / ou larguras adicionais, conforme se trate de seções de corte, de aterro ou mistas. Saia do Aterro

12 É a superfície lateral (geralmente inclinada) que resulta da conformação de uma seção de aterro; a interseção dessa superfície com o terreno natural é denominada pé do aterro, sendo sua interseção com a plataforma denominada crista do aterro. Rampa do Corte É a superfície lateral (geralmente inclinada) que resulta da conformação de uma seção de corte. A interseção dessa superfície com a superfície da plataforma é denominada pé do corte, sendo a interseção com o terreno natural denominado crista do corte. Off-sets São dispositivos (geralmente varas ou estacas) que servem para referenciar a posição das marcas físicas correspondentes às cristas dos cortes ou dos pés dos aterros, colocados em pontos afastados por uma distância fixa convencionada (daí a denominação, do original em inglês, que designa afastamento). Seu objetivo é facilitar a reposição das marcas, se arrancadas durante a construção dos cortes ou dos aterros. Crista de Corte Ponto limite da conformação dos taludes de corte. Pé de Aterro Ponto limite da saia dos aterros. Faixa de Domínio É a faixa desapropriada para a construção da estrada. Tem, normalmente, 50 m de largura, podendo eventualmente apresentar 30, 80, 100 m, de acordo com a categoria da estrada. Valeta: Serve para conter lateralmente o pavimento e possibilitar a circulação das águas superficiais. Nele se situam os dispositivos de drenagem como se verá em temas posteriores. Também lhe conhece com o nome de cunetilla ou sarjetinha. Contén simples: diferencia-se do anterior em que só está formado por murete vertical, como se mostra a seguir. Também se conhece com o nome de meio-fio Faixa ou Carril Canteiro: É uma área verde entre o meio-fio e a calçada e tem como objetivo: estética, segurança para os pedestres e lugar de localização ótimo para a colocação de redes técnicas. Passeio: São obras que correm paralelamente ao eixo da via e se utilizam para o movimento peatonal. De uma maneira resumida, os principais elementos de uma via são: Terraplanagens; Pavimentos; Drenagens; Sinalização e Segurança; Obras de Arte; Equipamento Complementar.

13 ELEMENTOS ESTRUCTURAIS DAS ESTRADAS Subrasante: Obra de terra anterior ao pavimento cujo objetivo é elevar ou deprimir a estrutura para alcançar a cota da subrasante de projeto. Constitui o leito preparado sobre o qual se coloca a superestrutura ou pavimento da via, designa-se por subrasante e pode ser construída em escavação ou aterro em dependência do projeto. Geralmente se constrói com solos do lugar objeto da construção própria da via; ou mediante solos transportados duma pedreira de empréstimo próxima à obra. Pavimento: Estrutura colocada sobre o subrasante cujos objetivos são: Suportar as cargas ocasionadas pelo tráfico. Proteger o aplainamento dos efeitos do intemperismo. Proporcionar uma superfície lisa e antiderrapante. Evitar a desintegração da superfície. É o sistema de capas que compõem a estrutura resistente da via destinada a proporcionar a circulação cômoda e segura do fluxo veicular, suportando adequadamente as cargas que dele se derivam com o passar do período de desenho. Para assegurar a operação do trânsito durante todo o período de desenho, independentemente das condições de umidade do aplainamento, deve ser protegida com uma determinada estrutura de pavimento, e esta deve ser tal que os esforços produzidos sejam suportados pelos solos componentes deste sem deformações apreciáveis, a superfície deve ser de qualidade que resista a ação direta dos pneumáticos dos veículos sem desintegrar-se, deslocar-se e mantendo um elevado coeficiente de fricção com os pneumáticos. É a parte mais custosa na construção de uma estrada (entre o % do custo total). Este problema cobra mais importância quando os materiais locais não cumprem com os requisitos exigidos então terá que transportar-se o material desde pedreiras distantes da obra, por isso um dos aspetos a ter em consideração é a seleção da estrutura do pavimento com o uso máximo de materiais locais, melhorando suas qualidades se fosse necessário. Pavimento (Material de seleção) subrasante (Solo) Terreno de cimentação: solo natural sobre o qual descansa diretamente a explanação. Figura No 2.16 Seção em aterro subrasante explana Pavimento Figura No 2.17 Explanação em escavação.

14 Em função de como está constituída a estrutura o pavimento pode classificar-se em: Pavimento flexível. Pavimento rígido Pavimento semirrígido.