AVALIAÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO NA SEGURANÇA CONTRA TOMBAMENTO DE VEÍCULOS: ESTUDO DE CASO EM VITÓRIA Douglas Lyra de Almeida Geovani Firme Reis Queila Melo de Oliveira Thiara Montoanelli Lopes Faculdade Brasileira Multivix Floris Uyttenhove Universidade Federal do Espírito Santo RESUMO O alto índice de acidentes de trânsito no Brasil abre espaço para realização de novos estudos nesta área, a fim de aumentar o conhecimento de suas causas, consequências e soluções. Este trabalho tem como proposta avaliar os impactos da superelevação rodoviária nos índices de acidentes, com um estudo de caso na Curva do Saldanha, em Vitória, ES. Para isto, foram obtidas informações quanto aos índices de acidentes e características geométricas de diversas curvas em vias urbanas, e realizada uma avaliação das forças aplicadas e cálculo do momento de tombamento. Verificou-se que, no caso da Curva do Saldanha, a superelevação negativa foi um dos fatores determinantes para o alto índice de acidentes, reduzindo a velocidade limite de tombamento de 110km/h, com superelevação, para 95km/h. ABSTRACT The high rate of traffic accidents in Brazil opens space for new studies in this area in order to increase knowledge of its causes, consequences and solutions. This article aims to evaluate the impacts of road superelevation in accident rates, with a case study in Curva do Saldanha, in Vitoria, ES. For that, it was collected information of accident rates and geometrical parameters of several curves, and made an analysis of the applied forces and calculation of the overturning moment. It was found that in the case of Curva do Saldanha, the negative superelevation was one of the factors determining for the high rate of accidents, reducing the overturning speed limit of 110km/h, with a positive superelevation, to 95km/h. 1. INTRODUÇÃO Com base nos dados da Organização Mundial da Saúde (OMS), constata-se que o Brasil é o país com o maior número de mortes de trânsito por habitante da América do Sul, tendo sido convocado pela Organização das Nações Unidas (ONU) em março de 010 a reduzir em 50% esse número até 00 através de ações governamentais eficientes como a melhoria da infraestrutura viária, legislação, veículos mais seguros e aplicação de engenharia, na chamada Década de Ação para Segurança Viária (ONU, 009). Nesse âmbito, convalescer a segurança rodoviária inclui o filtro dos fatores de riscos e proposição de soluções para que deixem de apresentar-se como risco. Uma apuração de um acidente de trânsito aplica amplamente os princípios da mecânica com o intuito de deduzir pelo raciocínio sobre as causas do acidente. O índice de acidentes é consequência de uma série de fatores, que deve ser relacionado com fatores humanos, características físicas da via, tráfego, veículos e fatores ambientais (Mohammed, 01). É compreendido no projeto geométrico a decisão das características técnicas das vias, onde preza-se por trabalhar com entidades tridimensionais contínuas, fluentes e gradativas, sendo feito por estudos planimétricos e altimétricos (DNIT, 010a). Dentre os elementos geométricos, a curva é tratada como um ponto de atenção no traçado da via, uma vez que a frequência de acidentes na mesma, é mais intensa do que em trechos retos (Mohammed, 01).
Um design consistente de uma via, permite ao usuário, realizar o trajeto harmonicamente, sem a presença de eventos inopinado; em contrapartida um design inconsistente impõe altas cargas de trabalho e maior probabilidade de acidentes, ao passo que o usuário é surpreendido e precisa responder com manobras críticas de condução (Cafiso e La Cava, 009). Partindo-se da condição de que a geometria da pista desempenha enorme influência sobre o comportamento do usuário da pista, o presente trabalho procura estabelecer uma associação entre a inadequação do parâmetro superelevação em uma curva circular horizontal quanto à potencialidade de ocorrência de acidentes da região, através da vinculação que zelam as características da segurança viária e a Física.. FORÇAS APLICADAS AOS VEÍCULOS Os elementos geométricos de uma rodovia que podem ser associados com o número de acidentes normalmente se referem às variáveis do traçado em planta, em perfil ou da seção transversal, como por exemplo raio de curvatura horizontal e vertical, distância de visibilidade, superlargura e superelevação. O ponto de insígnia no traçado de uma via é a curva, uma vez que a ocorrência de acidentes na mesma, em suma, é da ordem de 1,5 a 4 vezes maior que nos trechos retilíneos (DNIT, 010b). As forças atuantes sobre um veículo em trajetória curva seguem apresentadas na Figura 1 em planta e em seção transversal, respectivamente, onde a inclinação é orientada para o centro da curva (lado interno). A força centrífuga atuante no veículo é contrabalanceada pela presença da superelevação. Figura 1: Planta e seção transversal com as forças atuantes sobre um veículo em trajetória curva Em um trecho curvo o veículo é forçado para fora da curva, tendendo a percorrer uma trajetória retilínea e tangente, resultante da atuação da força centrífuga (Fc). Em contrapartida, a componente Px da força peso (P), originada pela existência de superelevação, ajuda a contrabalançar o sistema, uma vez que se soma à atuação da força de atrito (Fa) existente entre os pneus e a superfície do pavimento, mantendo as o veículo na trajetória desejada pelo condutor. A superelevação pode ser (tipo A), negativa (tipo B) ou nula (tipo C), conforme apresentado pelas seções transversais e forças atuantes da Figura em uma curva com sentido à esquerda. A (correta) é aquela onde a inclinação é orientada para o centro da curva, já a negativa (invertida) ocorre quando a inclinação é contrária. A classificação nula ocorre quando não há inclinação (Lee, 008).
Figura : Tipos de Superelevação Para melhor compreensão da função da superelevação em um trecho curvo o presente estudo apresenta a análise sobre tombamento nessas três configurações geométricas. O momento resistente ao tombamento (M) é dado pelo cálculo do momento resultante causado pelas forças atuantes com referencial na extremidade externa das rodas direitas do veículo. Em um estudo mais complexo, outras variáveis devem ser levadas em consideração, como força de arrasto, a distribuição do peso entre os eixos dianteiro e traseiro, dentre outras, mas que não serão abordadas neste estudo para efeito de plificação.. ESTUDO DE CASO Este estudo foi realizado com base nos dados da Curva do Saldanha, localizada na Avenida Vitória, cidade de Vitória/ES, sendo este local bastante conhecido pelo alto índice de acidentes envolvendo tombamento de veículos. Foram obtidos dados de índices de acidentes fornecidos pela Gerência de Estatística e Análise Criminal (GEAC), que pertence a Secretaria Estadual de Segurança Pública do Espírito Santo (SESP), para a Curva do Saldanha e outros oito trechos em curva com características ilares, no mesmo município. Dos dados coletados, foram analisados os seguintes grupos: Colisões (com e sem vítimas); Tombamentos (com e sem vítimas); e Outros (ocorrências não identificadas). Só foram contabilizadas as ocorrências impactadas pelas condições geométricas da via, desprezando-se as as provocadas por condutores que dirigiam sobre efeito de álcool, sem carteira de habilitação, estacionamento em local indevido, ou ilares. Foi eleito o período de 010 a 015 para processamento e análise, uma vez que durante período anterior, a cidade apresentou um grande número de intervenções que alteraram a geometria das vias, os fluxos de veículo e outros fatores que impactaram diretamente sobre a condução dos veículos e consequentemente, nos acidentes. Desta forma, a Tabela 1 apresenta a relação dos índices de acidentes obtida pelo levantamento de dados.
Tabela 1: Relação dos índices de acidentes nos trechos em curva Ocorrências Curva Curva Curva Curva Curva Curva Curva Curva Curva 0 1 4 5 6 7 8 Colisões 15 19 110 70 4 74 4 Tombamentos 45 15 1 5 Outros 14 7 7 7 9 18 14 11 Total 184 4 8 15 9 0 6 110 56 % tombamentos 4% 7% 7% 10% 14% 17% 5% 0% 4% Relação dos trechos estudados: Curva 0: Avenida Vitória Trecho Curva do Saldanha; Curva 1: Avenida Alexandre Buaiz Próximo à Segunda Ponte; Curva : Rua Pedro Nolasco Vila Rubim; Curva : Avenida Vitória Próximo ao Ifes; Curva 4: Avenida Marechal Mascarenhas de Moraes Próximo ao Clube Álvares Cabral; Curva 5: Avenida Vitória Próximo ao Entroncamento com a Av. Leitão da Silva; Curva 6: Avenida Nossa Senhora dos Navegantes Próximo à Praça do Papa; Curva 7: Avenida Dante Michelini Ponte Ministro Petrônio Portela; Curva 8: Avenida Fernando Ferrari Próximo ao Entroncamento com a Rua Rosa de Jesus Dias. Os dados obtidos apontam que a Curva do Saldanha é a que apresenta maior quantidade de acidentes no período especificado em comparação às demais, bem como o maior índice de tombamentos. Através de visitas de campo e imagens de satélite, foram extraídos os parâmetros geométricos dos trechos supracitados, conforme apresentado na Tabela. Os parâmetros geométricos abordados foram: raio da curva, velocidade regulamentada, número de faixas, largura das faixas, tipo de superelevação, existência de canteiro central e número de sentidos de circulação. Tabela : Relação de parâmetros geométricos nos trechos em curva Dados Curva Curva Curva Curva Curva Curva Curva Curva Curva 0 1 4 5 6 7 8 Raio da Curva 65 75 0 5 69 5 8 100 198 Velocidade Número de faixas 40 Largura das faixas, 4,,9,8 4,,,4,,4 Superelevação Canteiro central Nº de sentidos negativa 1 1 nula Através de comparação entre os dados apresentados nas Tabelas 1 e, constata-se que a Curva em estudo (Curva 0) apresenta índices de acidentes elevados quando comparados as outras oito curvas. Verifica-se como ponto relevante para justificar o alto índice de tombamentos, a presença de superelevação invertida somente na referida Curva 0. No entanto, um acidente de trânsito não está intimamente relacionado a uma variável isolada, e com uma série de fatores que são singulares da localidade, explicitado pelo fato de não possuir as piores características em todos os itens analisados. A curva em questão apresenta a menor velocidade regulamentar, porém contempla um parâmetro refutável quanto à segurança, que incita uma investigação mais acurada que justifique a ocorrência de acidentes acima da média
(atenção para 119% acima da média do total de acidentes e 68% acima da média de acidentes do tipo tombamento/capotamento). 4. CÁLCULO DAS FORÇAS As forças aplicadas variam para cada veículo, em função não somente do seu modelo, mas também da carga útil de passageiros, que resulta em variações na altura do centro de gravidade. Para a escolha do veículo neste estudo, baseou-se no trabalho de Fontana (005), em que foram analisadas caminhonetes com tração das duas rodas (PU 4x) e nas quatro rodas (PU 4x4), a fim de identificar, entre outras informações, o peso bruto total (P) e a altura do centro de gravidade (CG), para o veículo com ou sem carga. Adotou-se então um veículo com massa total (m) de 1740kg, que resulta em uma altura do centro de gravidade de 0,7m em relação ao nível do solo e largura total de 1,80m. Para os dados geométricos da via, foi realizado levantamento topográfico, afim de obter os valores críticos de superelevação e raio de curva, identificada no meio do desenvolvimento da curva, com valores de respectivamente -7% e 65 metros. Foi adotada a velocidade regulamentar da via de 40km/h. Dispostos os dados, tem-se as equações 1, e para a determinação da força centrífuga (Fc) atuante no veículo na Curva do Saldanha para a superelevação invertida expressas por: (1) () () Para a determinação da força peso do veículo (P), atuante na vertical sobre o centro de gravidade do veículo, tem-se as equações 4, 5 e 6: (4) (5) (6) O tombamento do veículo é resultado de um momento negativo das forças aplicadas (convencionado como positivo no sentido de resistência ao tombamento) no ponto de aplicação, considerado como a extremidade externa das rodas direitas do veículo. Para este cálculo, utiliza-se a equação 7: Em que Fc: força centrífuga [N]; V: velocidade [m/s]; R: raio do trecho em curva [m]; m: massa [kg]; P: peso do veículo [N]; i: superelevação [m\m]; g: aceleração devido à gravidade [m/s²]; (7)
h: distância do centro de gravidade ao eixo dianteiro [m/s]; d: ½ largura do veículo [m]; M: momento [Nxm]; CG: centro de gravidade [m]; Investigou-se os veículos realizando o trajeto com diferentes velocidades, haja visto que condutores podem percorrer o mesmo trecho com velocidades diferentes, a partir da equação 7, tem-se resultados na Tabela para os momentos em diferentes solicitações impostas: Tabela : Momentos resultantes (Kn x m) Tipo de Superelevação 10 0 0 40 50 70 80 90 100 110 Positiva 16,0 15,6 14,95 14,00 1,78 11,9 9,5 7,50 5,0,6-0,1 Nula 15, 14,75 14,01 1,97 11,6 9,99 8,06 5,8,0 0,48 -,65 Negativa 14,9 1,81 1 11,87 10,4 8,64 6,55 4,1 1,8-1,68-5,07 Com os dados obtidos acima, afere-se que o momento causado atualmente ao veículo tipo adotado nesse estudo, na velocidade regulamentar de 40km/h, é de 11,87kN x m, ao passo que, trabalhando a hipótese de a superelevação ser o momento passa a ter o valor de 14,00kN x m e calculando a hipótese da superelevação ser nula o momento passa a ser no valor de 1,97kN x m. Na figura ilustram-se as curvas características do momento resistente ao tombamento: V=95km/h V=110km/h Figura : Variação do momento resistente ao tombamento com a velocidade média Na figura acima nota-se a defasagem da segurança oferecida ao usuário por parte da infraestrutura existente desde as velocidades iniciais e a piora ao passo que a velocidade aumenta, estando sempre a linha do gráfico da superelevação invertida abaixo das demais
situações, chegando a condição de tombamento propriamente dito (momento resistente ao tombamento igual a zero) cerca de 15km/h antes em relação a superelevação. 5. RESULTADOS A fim de facilitar o entendimento dos dados apresentados anteriormente, serão calculados os Fatores de Segurança (FS) para cada velocidade, determinados como sendo relação entre os momentos positivos e negativos. Valores superiores a 1 indicam resistência do tombamento e os inferiores indicam a tendência de tombamento. Os resultados obtidos encontram-se na tabela 4. Tabela 4: Fator de Segurança em função da velocidade em km/h e o tipo de superelevação Tipo de Superelevação 10 0 0 40 50 70 80 90 100 110 10 Positiva 109,06 7, 1,0 6,90 4,45,11,1 1,79 1,4 1,18 0,99 0,84 Nula 10,19 5,80 11,47 6,45 4,1,87,11 1,61 1,7 1,0 0,85 0,7 Negativa 15,0 10,19 6,6 4,45,1,0 1,75 1,7 1,10 0,90 0,75 0,64 A partir dos fatores de segurança encontrados, fomenta-se que a superelevação invertida existente na Curva do Saldanha é um agravante para o alto índices de acidentes no trecho. Vale ressaltar que a superelevação, que visa combater os efeitos das forças laterais, quando estudada nesse trecho, caso fosse construída sem superelevação (nula) colaboraria mais para a segurança quando confrontada com a superelevação existente (invertida). Tem-se as, uma associação de erro na característica geométrica da via que potencializa os índices de acidentes e esclarece o destaque em números de acidentes quando comparados as outras oito curvas nesse estudo. Na figura estão dispostos os resultados dos momentos de acordo com a velocidade, um ponto de atenção é a velocidade de 95km/h, na qual o veículo ocasiona esforços não compensados pela superelevação existente (invertida), causando um momento de -0,11kN x m, estando as, o veículo sem equilíbrio tendo como resultado o tombamento. Já o veículo que trafega o trecho a 110km/h, para os três possíveis tipos de superelevação, não tem equilíbrio, ocorrendo o tombamento. 6. CONCLUSÃO Conclui-se neste trabalho que a correta superelevação é de grande importância para uma curva, especialmente para altas velocidades. Ressalta-se a importância do usuário em respeitar a velocidade regulamentada para cada trecho, visto que somente por ordem da infraestrutura existente, ainda que não configurada pela forma mais segura, os capotamentos não aconteceriam na velocidade correta para operação da via. Constatou-se que os elementos geométricos de uma rodovia que podem ser associados com o número de acidentes são normalmente referentes às variáveis do traçado em planta, em perfil ou da seção transversal, e que a metodologia elucidada aqui possibilita identificar potenciais favorecedores de acidentes e, por consequência, esclarecer aos órgãos responsáveis pela via a causa de tais ocorrências para que sejam tomadas providências que mudem o cenário oferecido aos usuários e que culminarão, efetivamente, na diminuição dos acidentes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cafiso, S. e G. La Cava (009) Driving Performance, Alignment Consistency, and Road Safety Real-World Experiment. Journal of the Transportation Research Board, nº 10, n. 9, p. 1-8. DNIT (010a) Manual de Implantação Básica de Rodovia. Departamento Nacional de Infraestrutura de
Transporte, Instituto de Pesquisas Rodoviárias, Rio de Janeiro/RJ. n. 617, IPR. Publ. 74. DNIT (010b) Manual de Projeto e Práticas Operacionais para Segurança nas Rodovias. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte, Instituto de Pesquisas Rodoviárias, Rio de Janeiro/RJ. n. 80, IPR. Publ., 741. Fontana, R. (005) Estudo das características dinâmicas de um veículo 4x4, Teses e Dissertações. (Mestrado em Engenharia), Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil. Lee, S. H. (008) Introdução ao projeto geométrico de rodovias/shu Han (ª ed.). Editora da UFSC, Florianópolis. Mohammed, H. (01) The Influence of road geometric design elements on highway safety. International Journal of Civil Engineering and technology, v. 4, n. 17, p. 146-16. ONU (009) Resolução ONU nº., de 009 Proposta para o Brasil para redução de acidentes e segurança viária. Douglas Lyra de Almeida (douglas.lyra@hotmail.com) Floris Uyttenhove (floris.belga@gmail.com) Geovani Firme Reis (geofireis@hotmail.com) Queila Melo de Oliveira (queila.omelo@gmail.com) Thiara Montoanelli Lopes (thiaramontoanelli@gmail.com)