ESTRADAS E AEROPORTOS (E FERROVIA) 1° semestre/2012

1. CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL • EA 861J - TEORIA • EC6P30/EC7P30 ESTRADAS E AEROPORTOS (E FERROVIA) 1° semestre/2012 Prof.Eng. Ary Franck Cordeiro, M.Sc. Aula n. 3: Projetos Geométrico das vias de transporte

2. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS

3. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 1 – Introdução • Esta aula aborda o projeto geométrico da vias de transporte das modalidades rodoviária, aeroviária e ferroviária; • Será apresentado o projeto geométrico de rodovia para a modalidade rodoviária, da via férrea para a ferroviária, e das pistas de pouso e decolagem e de rolamento para a modalidade aeroviária. • Em cada caso, as características dos usuários, dos veículos e das vias são utilizados para harmonizar os diversos elementos da via. • Por exemplo, a distância mínima de visibilidade exigida para uma rodovia é utilizada para definir o comprimento mínimo de uma curva vertical.Da mesma forma, para a modalidade aeroviária, o grupo de aeronaves de projeto para o qual o aeroporto está sendo projetado é utilizado. E, para a modalidade ferroviária, os comprimentos das curvas verticais dependem do tipo de serviço esperado que a via transportará.

4. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2 – Classificação das vias de transporte O projeto de qualquer infraestrutura viária de transporte é baseado em como ele é classificada, cujas bases diferem de uma modalidade para outra, mas o princípio básico utilizado é que as infraestruturas viárias de transporte devem ser agrupadas de acordo com suas respectivas funções em termos das características do serviço que estão oferecendo. Por exemplo, o sistema rodoviário e a atribuição lógica de responsabilidades entre diferentes jurisdições

5. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas A Associação Americana dos Órgãos Rodoviários e de Transporte (American AssociationofStateHighwayandTransportationOfficials – AASHTO) desenvolveu o sistema de classificação utilizado para rodovias. Classificação funcional de rodovias URBANAS RURAIS

6. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas Desta forma, tem-se: a) Rodovias Radiais: são aquelas que partem de Brasília, em qualquer direção, para ligá-la às capitais estaduais ou a pontos periféricos importantes do País. Ex.: BR-040. (Brasília - Rio de Janeiro). b) Rodovias Longitudinais: aquelas que têm direção predominantemente Norte-Sul e que, por força de sua grande extensão (maior que 200 km), constituem, em geral, vias de ligação nacional. Ex.: BR-116 (Fortaleza - Jaguarão). c) Rodovias Transversais: São as que têm direção predominantemente Leste-Oeste e que, normalmente, possuem extensão maior que 200 km. Ex.: BR-230 (Transamazônica).

7. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas Desta forma, tem-se: d) Rodovias Diagonais: possuem direção oblíqua em relação aos paralelos, ou seja, direções Nordeste-Sudoeste ou Noroeste-Sudeste. Assim, podemos ter: · Diagonais Ímpares: têm direção geral nordeste - sudoeste (NE-SO). Ex. BR-319 (Manaus - Porto Velho). · Diagonais Pares: têm direção geral noroeste-sudeste (NO-SE). Ex.: BR-316 (Belém - Maceió). e) Rodovias de Ligação: em geral essas rodovias ligam pontos importantes das outras categorias. Embora sejam estradas de ligação, chegam a ter grandes extensões, como a BR-407, com 1251 km. Já a BR-488 é a menor de todas as rodovias federais, com apenas 2,9 km de extensão. Esta rodovia faz a conexão da BR-116 com o Santuário Nacional de Aparecida, no Estado de São Paulo.

8. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas Em seguida, as vias são, então, classificadas separadamente para áreas urbanas e rurais.

9. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas

10. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas

11. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.1 – Quanto à função (classificação funcional) Há uma outra forma de classificar as rodovias, na qual não importa suas localizações ou disposições geográficas, mas sim o tipo de serviço que elas oferecem. Essa forma de classificação das rodovias, denominada de Classificação Funcional, parte do reconhecimento de que o tipo de serviço oferecido por uma rodovia pode ser determinado a partir das funções básicas de mobilidade e de acessibilidade que a rodovia propicia. Rodovias Arteriais: proporcionam alto nível de mobilidade para grandes volumes de tráfego. Sua principal função é atender ao tráfego de longa distância, seja internacional ou interestadual.

12. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.1 – Quanto à função (classificação funcional) Rodovias Coletoras: atende a núcleos populacionais ou centros geradores de tráfego de menor vulto, não servidos pelo Sistema Arterial. A função deste sistema é proporcionar mobilidade e acesso dentro de uma área específica. Rodovias Locais: constituídas geralmente por rodovias de pequena extensão, destinadas basicamente a proporcionar acesso ao tráfego intramunicipal de áreas rurais e de pequenas localidades às rodovias mais importantes.

13. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.1 – Quanto à função (classificação funcional) Relação entre as funções de mobilidade e de acesso

14. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2 – Quanto à proximidade de aglomerados populacionais • Rodovias Urbanas; • Rodovias Rurais.

15. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2 – Quanto à finalidade Comerciais: são as estradas que tem objetivo econômico, as quais proporcionam a circulação de riquezas, facilitando a troca de utilidades e o tráfego de passageiros. Estratégicas: são as estradas que tem interesse militar, político e/ou de integração; embora projetadas e construídas para outros fins, podem funcionar (e normalmente funcionam) como estradas de interesse econômico.

16. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2 – Quanto à jurisdição FEDERAIS: é em geral, uma via arterial e interessa diretamente à Nação, quase sempre percorrendo mais de um Estado. São construídas e mantidas pelo governo federal; ESTADUAIS: são as que ligam entre si cidades e a capital de um Estado. Atende as necessidades de um Estado, ficando contida em seu território. Tem usualmente a função arterial ou coletora; MUNICIPAIS: são as construídas e mantidas pelo governo municipal. São de interesse de um município ou de municípios vizinhos, atendendo ao município que a administra, Principalmente; VICINAIS: são em geral estradas municipais, pavimentadas ou não, de uma só pista, locais, e de padrão técnico modesto. Promovem a integração demográfica e territorial da região na qual se situam e possibilitam a elevação do nível de renda do setor primário. Podem também ser privadas, no caso de pertencerem a particulares.

17. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2 – Quanto às condições técnicas • Relacionam-se diretamente com a operação do tráfego (velocidade, rampas, raios, larguras de pista e acostamento, distância de visibilidade, níveis de serviço, etc). • O tráfego constitui a principal finalidade da rodovia. • Recomenda-se adotar, como critério para a classificação técnica de rodovias, o volume de tráfego que deverá utilizar a rodovia no 10º ano após sua abertura ao tráfego. • Além do tráfego, a importância e a função da rodovia constituem elementos para seu enquadramento em determinada classe de projeto.

18. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2 – Quanto às condições técnicas

19. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2.1 – Níveis de serviço Está associado às diversas condições de operação de uma via, quando ela acomoda diferentes volumes de tráfego. É estabelecido em função da velocidade desenvolvida na via e da relação entre o volume de tráfego e a capacidade da via. Qualquer seção de uma via pode operar em diferentes níveis de serviço, dependendo do instante considerado.

20. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2.1 – Níveis de serviço NÍVEL A: condição de escoamento livre, acompanhada por baixos volumes e altas velocidades. A densidade do tráfego é baixa, com velocidade controlada pelo motorista dentro dos limites de velocidade e condições físicas da via. Não há restrições devido à presença de outros veículos; NÍVEL B: fluxo estável, com velocidades de operação a serem restringidas pelas condições de tráfego. Os motoristas possuem razoável liberdade de escolha de velocidade e ainda tem condições de ultrapassagem; NÍVEL C: fluxo ainda estável, porém as velocidades e as ultrapassagens já são controladas pelo alto volume de tráfego. Portanto, muito dos motoristas não tem liberdade de escolher faixa e velocidade.

21. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2.1 – Níveis de serviço NÍVEL D: próximo à zona de fluxo instável, com velocidades de operação toleráveis, mas consideravelmente afetadas pelas condições de operação, cujas flutuações no volume e as restrições temporárias podem causar quedas substanciais na velocidade de operação; NÍVEL E: é denominado também de nível de capacidade. A via trabalha a plena carga e o fluxo é instável, sem condições de ultrapassagem; NÍVEL F: descreve o escoamento forçado, com velocidades baixas e volumes abaixo da capacidade da via. Formam-se extensas filas que impossibilitam a manobra. Em situações extremas, velocidade e fluxo podem reduzir-se a zero.

22. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.1 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2.1 – Níveis de serviço

23. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Sistema de classificação de rodovias e de vias urbanas 2.1.2.1 – Níveis de serviço

24. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas • Eixo de uma estrada é o alinhamento longitudinal da mesma. Nas estradas de rodagem, o eixo localiza-se 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; • Um alinhamento caracteriza-se pelo seu comprimento e pela sua posição relativa (quando se refere à deflexão) ou absoluta (quando se refere ao azimute).

25. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas TANGENTES CURVAS HORIZONTAIS PLANIMÉTRICOS GREIDES RETOS AXIAIS ALTIMÉTRICOS CURVAS VERTICAIS ELEMENTOS GEOMÉTRICOS SEÇÕES EM ATERRO TRANSVERSAIS SEÇÕES EM CORTE SEÇÕES MISTAS

26. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas

27. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas 2.2.1 - Azimutes e Ângulos de Deflexão Calcula-se os azimutes e comprimentos dos alinhamentos a partir de suas coordenadas retangulares (N, E); Os azimutes obtidos estão compreendidos entre 0º e 180º porque o traçado das estradas é uma poligonal aberta e nos projetos seus alinhamentos têm desenvolvimento da esquerda para direita. E

28. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas 2.2.1 - Azimutes e Ângulos de Deflexão O princípio fundamental para o cálculo das coordenadas retangulares de uma poligonal de estudo é o seguinte:

29. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas 2.2.1 - Azimutes e Ângulos de Deflexão

30. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas 2.2.1 - Azimutes e Ângulos de Deflexão De posse do primeiro azimute e considerando os elementos da figura, os demais azimutes são calculados da seguinte maneira:

31. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas 2.2.1 - Azimutes e Ângulos de Deflexão Da expressão acima também se deduz que o ângulo de deflexão entre dois alinhamentos de azimutes conhecidos é igual à diferença entre eles, sendo a deflexão direita ou esquerda, se o resultado for positivo ou negativo, respectivamente:

32. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 2.2 – Elementos Geométricos das Estradas 2.2.1 - Azimutes e Ângulos de Deflexão Exercícios 01 - Calcular os comprimentos e os azimutes dos alinhamentos da figura abaixo. Calcular também os ângulos de deflexão.

33. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 02 - Supondo que, na figura seguinte, o azimute do alinhamento AO seja Az AO = 67°12’30” e que o comprimento desse alinhamento seja de 107,23 m, calcule expressando todos os ângulos em GRAUS, MINUTOS e SEGUNDOS. as coordenadas do vértice A, admitindo que as coordenadas do vértice O sejam: X0 = 100,00 m e Y0 = 100,00 m. (b) o valor do azimute e o valor do rumo do alinhamento AB , supondo que o ângulo tAseja igual a 103° 13’ 15”.

34. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 03 - Calcular os comprimentos e os azimutes dos alinhamentos da figura abaixo. Calcular também os ângulos de deflexão.

35. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 04 - Considere o trecho de estrada apresentado a seguir, onde foi feito o lançamento do eixo da poligonal, na Fase de Exploração: Considerando que o ponto A corresponde à Estaca 234, pede-se apresentar o estaqueamento do referido trecho, incluindo as Estacas dos pontos de mudança de direção (pontos B e C) e a Estaca do ponto final do trecho considerado (ponto D).

36. Departamento de Engenharia Civil – ESTRADAS E AEROPORTOS 05 - Calcule os comprimentos, os azimutes e os rumos dos alinhamentos da Figura apresentada a seguir. Calcule também o ângulo de deflexão entre os dois alinhamentos apresentados. Expresse todos os ângulos em GRAUS, MINUTOS, SEGUNDOS. Considere o NORTE na posição vertical.