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Fixação das características básicas da estrada : Viu- se anteriormente que o Plano Rodoviário Nacional define o nível de serviço que as várias estradas da rede devem oferecer até ao ano horizonte. Procedimento análogo é possível adoptar para as outras estradas, sempre em função do itinerário em que se integram ou da importância das ligações que se destinam a assegurar. O estudo de tráfego permite avaliar, como se vi, os volumes de tráfego que vão utilizar a estrada até ao horizonte. Esses volumes de tráfego são aqueles para os quais a estrada deve assegurar o nível de serviço pretendido, e são caracterizados pelo volume horário de projecto (VHP). Põe-se então agora a questão de saber como fixar as características da estrada de modo que aquele objectivo seja atingido. Pode dizer-se que isso depende de vários factores : F 0B 7 da largura e numero de vias de tráfego e da largura das bermas, ou seja, do “perfil transversal tipo”, conforme
se viu a propósito do estudo dos níveis de serviço; F 0B 7 das características de traçado, em planta e perfil, que possibilitam mais ou menos velocidade de circulação; F 0B 7 das oportunidades de ultrapassagem oferecidas aos condutores, as quais se repercutem também na
velocidade média de circulação. Poderá reparar-se que para um certo VHP e Nível de serviço , há diferentes combinações de velocidade de projecto, perfil transversal tipo e condições de ultrapassagem que são satisfatórias. Tendo em conta a escolha entre essas condições é feita por: - razões de funcionalidade; - razões económicas. Nas interurbanas mais acidentadas e de pequena importância são correntes valores de VB de 50 e 60 km/h; nas mais importantes usa- se 80 e 100 Km/h; nas auto-estradas tem-se VB= 120 km/h. Sempre que VB > 100km/h só se admite tráfego automóvel, há condicionamentos ou eliminação de acessos marginais e os cruzamentos de nível são espaçados e especialmente estudados. Para VB= 120 km/h utiliza-se um perfil transversal tipo com faixas separadas. Fixada a velocidade de projecto decorrem dela as características mínimas do traçado em planta e em perfil. Traçado em planta: A definição geométrica duma estrada, é feita: F 0B 7 através da directriz em planta; F 0B 7 através da rasante, em perfil longitudinal; F 0B 7 através dos perfis transversais, em secção transversal.
A directriz deve referir-se sempre ao eixo da secção transversal, o qual é: F 0B 7 O centro da faixa de rodagem nas estradas com duas vias; F 0B 7 O centro do sapador, se este for de largura constante, nas estradas com faixas de rodagem unidireccionais; F 0B 7 O centro de cada faixa de rodagem, se o separador não for de largura constante, nas estradas com faixas de
rodagem unidireccionais. A directriz é composta pelos seguintes elementos geométricos: F 0B 7 Alinhamentos rectos (AR); F 0B 7 Curvas circulares (CC) de concordância entre os alinhamentos rectos; as quais...
Circulação em curvas circulares : Para definir o raio mínimo duma curva circular, de modo a que a circulação dum veiculo se verifique em condições de segurança, é necessário analisar as condições em que aquela circulação se efectua. Raios mínimos de curvas circulares: Raios mínimos normais – são raios cujos uso é recomendado, porque permitem a circulação de veículos em maiores condições de segurança e de comodidade. Estes valores de raio mínimo, são calculados para uma SE= 5% e de modo a que a aceleração centrifuga seja, aproximadamente, metade do valor máximo admitido (0,22 x g). R (m) F 0B 3 V^2 / ( 127 .(SE + F 06 D )) ---- R (m) = 0,0715 V^2. Sobrelargura – para que o traçado fique completamente definido, nomeadamente no que diz respeito às dimensões da secção transversal da estrada, há ainda que considerar nas curvas de concordância a utilização de uma largura adicional. De facto, um veiculo ao descrever uma curva precisa de mais espaço, lateralmente, do que em alinhamento recto, já que as trajectórias das rodas da frente não coincidem com a das rodas traseiras. ............ SL = R – (r + d). Este aumento da largura ocupada depende de :
- d – largura;
- L – comprimento do veículo ;
- R – raio da curva.
Curvas de transição – é a variação de aceleração centrifuga, “ac”, na unidade de tempo que determina o “grau de incómodo” do condutor do veiculo. Assim, o principal objectivo das curvas de transição é limiar esse grau de incomodo, ou seja, o valor da variação centrifuga, na unidade de tempo. As curvas de transição: apresentam ainda outras vantagens, entre os quais se pode citar: F 0B 7 facilitar a manutenção do veiculo dentro da sua via de tráfego; F 0B 7 aumentar a comodidade óptica para o condutor; F 0B 7 permitir um disfarce gradual e criterioso da sobreelevação (SE) e da Sobrelargura (SL), entre o alinhamento
recto e a curva circular. Tipos de curvas de transição: As curvas que preenchem os requisitos exigíveis às curvas de transição são as radióides, já que o seu desenvolvimento é inversamente proporcional ao parâmetro definidor da sua curvatura. Existem três tipos de radióides: F 0B 7 a lemniscata de Bernoulli em que o seu raio é inversamente proporcional ao raio vector ou corda; F 0B 7 a parábola cúbica, em que o raio é inversamente proporcional à abcissa; F 0B 7 a clotóide, em que o raio é inversamente proporcional à curvatura.
A equação geral duma clotóide: A 2 = R x L. Em que A é o seu parâmetro, constante que traduz o relacionamento entre o seu raio R (em cada ponto), com o seu desenvolvimento L (até aquele ponto). O que é Clotóide? Quanto maior ele é, mais suave é a transição, já que a variação de curvatura entre o alinhamento recto (R=F 0A 5 ) e acurva (raio R), tem lugar numa maior extensão. A Clotóide pode usar-se para efectuar numa transição em diversas condições : F 0B 7 entre alinhamento recto e curva circular (caso mais habitual); F 0B 7 entre curvas circulares de sentidos opostos, a chamada “S” Clotóide; F 0B 7 entre curvas circulares do mesmo sentido, a chamada “C” Clotóide.
Definição analítica da Clotóide : - Seja F 07 4 , ângulo que a tangente a um ponto qq da Clotóide faz com o alinhamento recto a que está associado: F 07 4 = L / 2R .: -Coordenadas cartesianas x e y:{ x = L ; y = L 2 / 6R ;
- Seja F 04 4 , a ripagem ( diferença entre o raio da curva circular inicial e final, mantendo o centro): F 04 4 = Yc / 4;; - Posição do ponto F, ponto de osculação entre o alinhamento recto e a clotoide e origem do sistema de eixos XFY, calculada a partir de V: VF= (R + F 04 4 )cotg (F 06 2 /2) + R sinF 07 4 : -Posição de N, ponto medi da clotoide (distancia à origem igual a L/2): {XN F 04 0 L/2; YN F 04 0^ F 04 4 /2. : - Elementos para a piquetagem da curva circular final: - posição do centro da curva; { VA= (R +F 04 4 )cotg(F 06 2 /2) ;; O:A= RF 04 4 : F 06 2 (grados) = 200 – (F 06 A - 2F 07 4 ) F 0D B^ F 06 2 ´ = F 06 2 + 2 F 07 4. Verificação da possibilidade geométrica do uso de clotóide : A clotoide nem sempre é possível de introduzir, geometricamente, entre um alinhamento recto e a curva circular. Dados F 06 2 , R, L é possível calcular F 07 4 e assim verificar se é possível nessas condições introduzir a curva de transição: --se se tem a situação usual, e sabendo que F 07 4 + (F 06 2 /2) + F 06 A = 200 (grados), então pela fig percebe-se que F 06 A > 100 pelo que F 07 4 + (F 06 2 /2) < 100, ou seja, F 07 4 < 100 - (F 06 2 /2) que é a condição de possibilidade de introdução de clotóides como curvas de transição ; -- Se e quando P for coincidente com P´e F 06 A = 100 (grados), significa que a curva circular se reduziu a um ponto, que as tangentes aos pontos de osculação (P e P´) são uma só, pelo que neste caso ainda é possível a introdução de clotóides como curvas de transição, tendo elas, de um e outro lado o comprimento máximo possível geometricamente. --Se e quando P for coincidente com P´mas F 06 A < 100, significa que as tangentes aos pontos de osculação (P e P`) formam um ângulo inferior a 100 grados o que se traduz por uma directriz angulosa, o que não é possível, pelo que neste caso não se podem introduzir as clotóides como curvas de transição. Nesta situação tem-se F 07 4 >100 - (F 06 2 /2). traçado em perfil longitudinal: A fixação da rasante deve atender a vários factores: a) Topografias a rasante deve aproximar-se quanto possível do terreno, para tentar reduzir os movimentos de terra; b) Distância de visibilidade a rasante deve permitir garantir em todos os pontos a distância de paragem, e na maior parte da extensão em que for possível, a distância de visibilidade de ultrapassagem. Melhora-se assim, a segurança na condução e o nível de serviço. Devera respeitar-se também a distância de visibilidade de decisão;
a)Curvas convexas Quanto menor for o raio nas curvas convexas, maior e a curvatura e menor a distância de visibilidade. a principal preocupação que se tem ao fixar o raio mínimo das curvas convexas e garantir a distancia de visibilidade de paragem, DP. Fixada a DP a respeitar, e considerando, do lado de segurança que DP e definida para um obstáculo ao nível do pavimento, com uma altura dos olhos do condutor igual a h1, demonstra-se que para respeitar a DP pretendida, terá o desenvolvimento de transição L=2t de satisfazer as seguintes condições: L=2t>= (n/2h1)DP², no caso de DP=2DP-(2h1/n), no caso de DP>L, expressões em que n=(i1-i2), tendo as inclinações os sinais da convenção atrás adoptada. Conhecido L , pelas espressões acima pode calcular se T=l/2 e, pela espressão T=8rn/2). b)curvas concavas Os critérios para fixar os raios mínimos das curvas verticais côncavas visam os seguintes objectivos: Garantir que de noite, os faróis das viaturas iluminem uma extensão igual ou superior a DP;R>=DP²/(1.5+0.035DP), deduzida admitindo como altura dos faróis o valor h=0,75m , e o ângulo de dispersão do feixe luminoso de 1º Garantir que a aceleração vertical centrifuga não ultrapassa o valor de 0,25m/s²: R>= V²/(13j), com L>=V²/(13aC) Implantação de curvas verticais Procedimentos:
- Conhecendo a poligonal da rasante, deduzem-se as coordenadas dos vértices e as inclinações dos traineis (com a convenção de positivo a subir e negativo no caso contrario); Fixa-se R (com a convenção de positivo se curva convexa, e negativo no caso contrario) respeitando o Rmin das normas, e outras regras nelas contidas; Conhecendo o vértice V e R definem-se os pontos da tangência T1 e T2 pelas distancias (tangentes) t1 e t2; A partir de T1 ouT2 determina-se qualquer ponto através de y=ix-(x²/2R) vias adicionais em rampas: Temos de garantir nas vias que: -A extensão do trainel e maior que a extensão critica; -O VHP e maior do que 200 veículos por hora; -c) o VHP dos pesados e > do que 20 veículos por hora. Vias adicionais em declive: A necessidade de garantir quando a inclinação e >= 6% e a extensão do declive e > de 1000m nas estradas de duas vias. Velocidade de segurança no declive E a velocidade que permite efectuar uma travagem de emergência no fim do declive sem que a temperatura dos travões ultrapassa um valor pré-estabelecido…. A escapatória deve ser: - a) De extensas necessária p/a dissipar a energia cinética do veiculo descontrolado. b) O material deve ser limpo e de elevado coeficiente de resistência (agregado britado, gravilha fina, areia). c) A espessura da escapatória tem de ser de 0,3m ate 0,6m. Coordenação planta – perfil - p/a se ter um bom traçado não basta que o traçado em planta e em perfil tenham sido estudados de acordo com as normas, estejam acima das características mínimas estabelecidas e, sejam, cada um deles, separadamente, homogéneo. E preciso também que eles estejam coordenados um com o outro de tal modo que o condutor possa: - perceber facilmente o desenvolvimento do traçado a sua frente;
- distinguir o tempo as zonas singulares ver o pavimento e eventuais obstáculos a distancia suficiente p/a manobrar com segurança. a coordenação planta-perfil visa, sobretudo a visibilidade e a compreensão do traçado. Algumas regras que conduzem a este objectivo são : a) os pontos singulares não devem estar em concordância convexas, em curvas em planta com pequeno raio ou em zonas em que haja descontinuidade de visibilidade do traçado;
b)as zonas de descontinuidade do traçado devem ser evitadas o quanto possível, um modo de reduzir estas zonas e aproximar a inclinação dos traineis sucessivos e aumentar os raios das curvas verticais. c) em principio devem sobrepõe-se as curvas verticais as curvas em planta, ou então localiza-las em alinhamentos rectos em zonas afastadas das curvas em planta. C1) nos casos de as curvas estarem sobrepostos os vértices devem estar próximos e as curvas verticais devem ter raios o maior possível. No caso do raio em planta ser próximo do mínimo absoluto deve procurar-se que o raio da curva vertical associada seja Rv>6Rh. C2) não se deve iniciar uma curva em planta após uma curva convexa por razoes de quebra de visibilidade, nem após uma curva concava, pela razão de também aparecer uma quebra do traçado. C3) não se deve acabar uma curva em planta imediatamente antes ou numa curva côncava, o que provoca um estreitamento e eventualmente a quebra do traçado. C4) não se deve associar uma curva concava a pontos de oscilação de Clotilde, porque isso determina estreitamento e eventual quebra do traçado, e condições propícias de aquaplanagem. d) Assegurar oportunidade para efectuar a ultrapassagem com segurança nas estradas de duas vias. Perfil Transversal- Os elementos que integram os perfis transversais são:
- Faixas de rodagem;
- Bermas;
- Valetas se houver;
- Taludes;
- Separador se houver. O perfil transversal deve ser definido atendendo a condições que tem a ver com: a) capacidade da estradas como vimos a capacidade e função da largura das vias de tráfego, do numero de vias e da desobstrução lateral ou seja a largura das bermas; b) Segurança que depende da inclinação transversal das faixas de rodagem, da existência de separador e de guardas de segurança, de vias para casos especiais como sejam veículos lentos velocípedes e motociclos, peões. As características geométricas das estradas transversalmente ao eixo são chamadas perfil transversal tipo, onde são definidos:
- O numero e largura das vias de tráfego em cada sentido; - O numero de faixas de rodagem; - A largura e tipo de separador entre as faixas de rodagem;
- A largura das bermas; - As formas e dimensões das valetas;
- A inclinação dos taludes em inclinação e atrito;
- A inclinação transversal das faixas de rodagem, das varias camadas do pavimento e do leito do pavimento;
- (^) A existência e dimensões gerais de órgãos de drenagem subterrâneas longitudinais como sejam drenos e colectores. Inclinação transversal - Nos alinhamentos rectos a inclinação transversal e essencial para efectuar a drenagem da agua da chuva caída na plataforma. Nas curvas a inclinação transversal e condicionada pela sobrelevarão necessária por razoes de estabilidade de circulação. Nas estradas de duas vias, em AR, o pavimento e normalmente inclinado, descendo do eixo para as bermas. a inclinação mais adoptada e:
- Nos pavimentos betuminosos-2.5%;
- Nos pavimentos de betão e cimento 2,0%;
b) No separador central de estradas de 2x2 vias, para evitar colisão com veículos em sentido contrario ou com obstáculos no separador (candeeiros, pernas de pórticos de sinalização). Se não houver estes obstáculos e a largura do separador, entre as bermas esquerdas, for superior a 9m, a guarda e indispensável. A distancia mínima das guardas de segurança à borda. A da faixa de rodagem deve ser de 0,7m. o espaço livre atrás da guarda deve ser de pelo menos 0,4m p7a permitir a sua deformação devido ao impacto dos veículos. As guardas podem ser flexíveis, semi-rigidas e rígidas. Nas primeiras com vigas metálicas, a energia de impacto e absorvida por deformação da guarda ( e em parte também pelo veiculo); nas rígidas de betão, a energia e absorvida sobretudo por deformação do veiculo, destinando-se a guarda essencialmente a desviar a trajectória do veiculo desgovernado. Perfil transversal em obra de arte. Nas obras de arte deve manter-se a faixa de rodagem e a largura das bermas pavimentadas que a estrada tem fora das obras de arte e da sobrelevarão. No caso de vias que passam sobre outras, a distancia dos pilares da obra de arte ao bordo exterior da berma deve ser de 1,2m, quer se trate de berma exterior que da berma interior. Se o separador tiver 4m de largura ou menos, as normas recomendam que não haja pilar no separador. Ainda nestas vias a altura livre mínima acima do pavimento no ponto mais desfavorável deve ser 5m
