Corredores Complexos: Interseção de rodovias

Neyton Luiz Dalle Molle Engenheiro Civil Como desenvolver o projeto de interseção de duas rodovias, com a escolha do traçado das alças, analisando a topografia e determinando rampas e seções dentro do ambiente do Civil 3D. Objetivo de aprendizado Ao final desta palestra você terá condições de: Lançar alinhamentos considerando critérios de projeto Estudar greides de estradas que atendam rampas e interferências Criar seções típicas adequadas Modelar corredores complexos Usar alguns truques para solucionar os problemas da modelagem O objetivo básico é criar a interseção de duas rodovias, considerando-se que as vias principais tem características de engenharia que devem ser satisfeitas, mas que também precisam respeitar certos limites geométricos. A boa modelagem da interseção auxilia na decisão de muitos aspectos que às vezes passam despercebidos, como a necessidade de execução de contenções, ou muros de arrimo que poderiam ser eliminados com poucas modificações. A análise evita que sejam criadas situações absurdas, tais como faixas de aceleração ou desaceleração que não sejam factíveis. Em muitos casos, por desconhecimento, acaba-se passando por cima de detalhes na modelagem que, se não causam prejuízo de ordem econômica, no projeto em si, causam muita dor de cabeça ao desenhista que dá acabamento ao desenho. Com uso das ferramentas de projeto do Civil 3D, não apenas aspectos técnicos serão bem desenvolvidos, mas todo o projeto, até sua apresentação final é facilitada. Sobre o Palestrante Neyton Luiz Dalle Molle, Engenheiro civil, formado pela Universidade Federal do Paraná. Atuante na área de infraestrutura a mais de 10 anos. Atualmente trabalhando na Progen Projetos e Gerenciamento, em São Luis-MA no desenvolvimento de projetos ferroviários para a Cia Vale do Rio Doce e também trabalhei em projetos rodoviários na região metropolitana de Curitiba-PR. Mantenho um website: http://tbn2.blogspot.com, com diversas informações sobre o Civil 3D e programação. Contato: neyton@yahoo.com

Corredores complexos: Interseção de rodovias Reconhecimento do projeto O projeto está situado na interseção das rodovias: PR 418, conhecida como Contorno Norte e rodovia PR 092, conhecida como Rodovia dos minérios. Esta interseção já existe e pode ser observada no Google Earth: Figura 01: Google Earth, 2011 A execução do projeto iniciou no final da década 1980, mas foi interrompido e a interseção em si só foi concluída após o ano 2000. Algumas fotos da época podem ser vistas no anexo. A base cartográfica foi obtida no site do Instituto de Águas do Paraná, em escala 1:10.000, estão em projeção UTM, datum SAD-69, sendo recortado a área de interesse e construída a superfície do terreno no Civil 3D, usando as curvas de nível (Toolspace / Surfaces / TERRENO / Definition / Contours). Os alinhamentos foram desenhados baseados no traçado visto nas imagens do Google Earth. A seguir uma imagem aérea do ano 2000: 2

Figura 02: Instituto de Águas do Paraná, 2000 Parâmetros de engenharia Com intuito de aproximar este estudo de projeto ao original os parâmetros de engenharia usados, são os que seguem: Velocidade de Projeto: 80 km/h Pista simples: 3,5 m Acostamento: 2,4 m Declividade transversal: 2% Superelevação máxima: 4% Vão livre na interseção: > 9,5m Rampa longitudinal máxima: 12% Estes parâmetros são aplicados nas propriedades dos alinhamentos principais, em Alignment Properties / Design Criteria: 3

Figura 03: Propriedades dos alinhamentos principais Os valores do arquivo XML (_Autodesk Civil 3D Metric_BRA-DER-SP-(AASHTO2004).xml) não foram alterados. Lançamento dos Alinhamentos O lançamento foi feito usando as ferramentas do Civil 3D e para que fosse calculada a superelevação, defini que a velocidade de projeto na interseção fosse reduzida para 60 km/h e para a superlargura dos eixos principais, desenhei alinhamentos do tipo Offset Alignment (comando CREATEOFFSETALIGNMENT), com 3,5m de offset e sendo a superlargura calculada pelo próprio Civil 3D, com base nos critérios especificados acima. Para os alinhamentos das alças, usei o bordo direito da pista, de tal forma que as variações de seção fossem mínimas, isto é, o número de seções típicas é minimizado. Levando-se em conta, que o Rio Barigui cruza toda a interseção no sentido de noroeste para sudeste, algumas das alças serão pontilhões e outras terão raios pequenos por limitação de espaço, sendo necessárias superlargura nas mesmas. Sendo assim, Offset Alignments para as alças também foram criadas, usando superlargura (Widening) arbitrada. Os alinhamentos podem ser vistos na figura a seguir. Na cor preta, os alinhamentos principais, em verde, o bordo para aplicar a superlargura e vermelho as alças, por fim em azul o bordo do pavimento. Importante notar que os alinhamentos de bordo têm largura variável, mas esta variação precisa atender critérios de engenharia, por exemplo, a largura da faixa de rolamento é 5,5 metros, mas nas curvas isso cresce até 6,5 metros. O mais indicado é fazer Offset Alignments, em vez de polilinhas. Imagine o retrabalho caso algum raio precise ser modificado. Conforme visto na figura 02, metade da interseção já estava pronta no ano 2000. 4

Figura 04: Alinhamentos principais e alças Havia muita interferência de edificações, o que influenciou diretamente no traçado das alças. Lançamento dos Greides das Rodovias O lançamento dos greides respeitou a situação existente no ano 2000. A altura livre na obra de arte mostrada a seguir: 5

Figura 05: Obra de arte, D.E.R. 1989 Grande aterro foi executado para dar condição de acesso. No Ambiente de trabalho do Civil 3D, foi restituído o greide das duas rodovias, onde se pode observar a altura relativa entre as duas rodovias usando a um tipo especial de perfil chamado SuperImposed Profile (comando SUPERIMPOSEPROFILE), ele cria uma projeção do greide de um alinhamento no Profileview de outro: Figura 06: Greide das rodovias 6

A ferramenta de SuperImposed ainda será útil quando traçamos o greide de dois ramos paralelos das alças. Mas antes é preciso estabelecer a seção típica das rodovias. Seções Típicas A seção típica será dividida em duas partes, uma à esquerda e outra a direita, usando as Subassemblies indicadas. Esta divisão facilita a modelagem das diversas regiões do corredor. A assembly LaneSuperElevationAOR facilita bastante a aplicação da superelevação, uma vez que ela aceita a superelevação calculada. Não se esquecer de definir nas propriedades desta, qual item de superelevação aplicar. Isto evita que tenhamos de fazer perfis para os bordos. Considerações: As rodovias tem pista simples, de 3,5m, mas na região da interseção, possuem as chamadas faixas de aceleração e desaceleração, por isso estas já estarão incluídas. As alças sofrem alargamentos nas curvas, por isso as seções contem pavimento à direita. Claro que nos encontros da alça com a rodovia, o meio fio será suprimido e outras seções são usadas. Figura 07: Meia seção para as rodovias Figura 08: Seção típica das alças 7

Para o traçado do greide das alças, teremos pontos de cota obrigatória no início e no fim de cada ramo. No meio de cada ramo ainda temos de verificar a compatibilidade com o ramo paralelo colocar barreiras entre eles. Greides das Alças Para o lançamento dos greides das alças, devemos podemos usar o recurso de SuperImposed Profile, mas isso nos obriga a calcular a declividade transversal e descontar este valor da cota do greide de chegada/saída da alça. É mais simples então usar um pequeno truque: criar perfis de superfície (Surface Profile) nos alinhamentos das alças, mas em vez de usar a superfície de terreno, vamos criar estes perfis a partir da superfície de topo do pavimento das rodovias. Para isto funcionar, criamos dois corredores para cada rodovia, um para o lado esquerdo, outro para o direito. Como dito antes, farei assim para simplificar o número de seções típicas. Alem disso, no encontro das alças não pode haver meio fio, então dividirei a Baseline de cada corredor desses em diversas Regions: Figura 09: Subdivisão do lado esquerdo. Criado o corredor, podemos criar a superfície de topo, usando os Links de código Top como Breakline, depois criamos perfis desta superfície para o alinhamento da alça. Isso irá nos mostrar qual a cota de início e de fim, bem como nos indicar, qual deve ser a rampa projetada. Em destaque na cor lilás, as superfícies de topo: 8

Figura 10: perfis de superfície no alinhamento da alça NO-E Na imagem a seguir, vemos um corredor que usa como Baseline o alinhamento da Rodovia dos Minérios e modela o lado esquerdo. Note que as regiões intercalam trechos que possuem pista com meio fio e sem meio fio, onde terá o encontro com a alça. Neste encontro, escolhi o bordo direito da alça para modelar e o pavimento do lado esquerdo desta deverá estender até a borda do pavimento da rodovia. E mais: como estes encontros acontecem nas curvas da Rodovia dos Minérios, teremos de verificar a superelevação e superlargura do bordo. Fica óbvio que devemos ajustar as alças após desenhar o bordo de superlargura das rodovias (em verde), como visto na figura abaixo: Figura 11: Bordos de superlargura da Rodovia dos Minérios Para efeito da variação da largura do pavimento, devemos indicar ao corredor que este deve procurar um alinhamento como alvo. No caso do pavimento da rodovia, basta indicar o alinhamento destacado em verde (são os Offset Alignment da Rodovia dos Minérios). Mas e no caso do pavimento da alça? Ele não apenas varia na largura, mas também na declividade transversal, uma vez que deverá concordar 9

com o pavimento da rodovia. Mas o alinhamento da borda (em verde), não possui qualquer perfil. Então como o pavimento da alça irá modificar a cota de encontro com o pavimento da rodovia? Mais uma vez, procurando um alvo. Este alvo será obtido criando Grading Feature Line From Corridor (comando FEATURELINESFROMCORRIDOR). Olhe o Code Set Style e a ajuda do Civil 3D para a SubAssembly LaneSuperElevationAOR. Fica evidente a escolha do ponto de código ETW, pois este irá modelar uma Feature Line no bordo externo da rodovia. Esta Feature Line será o alvo do pavimento da alça no trecho de encontro: Figura 12: Vista tridimensional. Destaque em magenta para a Feature Line Esta Feature Line será usada somente pelo pavimento da alça, no trecho em que este encontra o pavimento da rodovia. Procedendo de maneira similar a todas as alças: Figura 13: Todos os corredores 10

Observando os corredores, vemos que a variação da largura do pavimento é feita usando Width or Offset Targets, a cota varia com superelevação ou Slope Elevation Target: Figura 14: Targets Os targets podem ser alinhamentos, polilinhas ou feature lines. Neste projeto a preferência é evitar as polilinhas, pois qualquer alteração de traçado obriga a redesenhar estas polilinhas. Já com alinhamentos, podemos variar a superlagura de forma controlada, seja por critérios de engenharia, seja por imposições geométricas. As feature lines são um recurso interessante, pois fornecem targets dinâmicos logo não temos tanto retrabalho ao modificar greides ou mesmo alinhamentos. Análises A primeira vista, analisando os corredores, eles parecem corretos, mas será que todas as concordâncias são satisfeitas? Será que as rampas são satisfatórias? Não estaríamos criando contenções desnecessárias? Uma boa forma de verificar isso é usando Sample Lines. Inicialmente, cortei os alinhamentos das rodovias e depois as alças externas. Não é necessário, nem recomendável, cortar Sample Line em todas as estacas do alinhamento, basta uma. Por fim, desenhei as Section View de cada Sample Line. Ao selecionar o que será cortado pela sample line group, escolha TODOS os corredores e suas respectivas superfícies de terraplenagem, além da superfície do terreno natural. Observação: o corte dos corredores só pode ser executado no Civil 3D 2012 em diante. Na figura a seguir, vemos as Section Views das alças externas. Nelas, vemos que a cota final do greide da alça interna é compatível. 11

Figura 15: Section Views Na figura a seguir, vemos como foi determinado o greide da alça SE-E, para que fosse compatível com o greide da alça SE-I no trecho central e nas extremidades, com as superfícies de topo das rodovias. Figura 16: Compatibilização de greides Essa compatibilização não pôde ser automatizada com o recurso de Intersections do Civil 3D por conta das características das alças. Sempre que possível, é interessante usar este recurso, pois modificações de greides das vias principais refletem modificações automáticas no greide das vias secundárias. 12

Modelo digital de Projeto O modelo digital do projeto será a junção de todas as superfícies de terraplenagem, ou seja, aquelas que usam Links de código Datum. Durante o processo de modelagem, o talude esquerdo das alças foi sempre suprimido. Isso porque haveria superposição de taludes nas áreas entre as alças e a rodovia. Para corrigir isso, poderia usar o recurso de Grading. O que até foi feito, mas esta solução neste caso se mostrou inadequada, uma vez que cria situações de terraplenagem indesejadas, seja por visibilidade ou drenagem. Figura 17: Uso de Grading no corredor A opção adotada foi simplesmente preencher ou arrasar estes espaços, usando as Feature lines na cor preta como linhas obrigatórias de uma superfície de arrasamento. Para criar a superfície de terraplenagem, inicialmente foram criadas Feature Lines nos bordos esquerdos das alças (em preto), em seguida adicionadas como linhas obrigatórias. Depois, fazendo uso do comando EDITSURFACEPASTE que cola uma superfície dentro da outra, todas as superfícies de terraplenagem foram acrescentadas na superfície final. Por fim, eliminei alguns triângulos que estouraram, obtendo o resultado final: Figura 18: Vista tridimensional 13

Tendo em vista o que foi exposto, a modelagem de corredores complexos requer atenção às escolhas feitas em relação ao posicionamento dos alinhamentos, greides e seções típicas. Isso não só irá garantir uma solução de engenharia satisfatória como também um modelo digital do projeto bem acabado. O passo seguinte é exportar este modelo para o Autodesk 3D Max, usando as ferramentas do Civil View, presente no Civil 3D 2012 e 2013, porém este não é objetivo desta classe. Fica como sugestão para o leitor, que finalize o desenho. 14

Fontes Instituto de Águas do Paraná (http://www.aguasparana.pr.gov.br/) Prefeitura Municipal de Almirante Tamandaré (http://tamandare.pr.gov.br/) Coordenação da Região Metropolitana de Curitiba (http://www.comec.pr.gov.br/) Google Earth: (http://www.google.com/earth/index.html) Blog do Neyton (http://tbn2.blogspot.com/) 15