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VI SEPROSUL – Semana de Engenharia de Produção Sul-Americana Novembro de 2006, UFSC, Florianópolis, SC

Ensino de projeto rodoviário na Escola de Engenharia da UFRGS Mattos & Albano 1

Ensino de projeto rodoviário na Escola de Engenharia daUFRGS

João Rodrigo G. Mattos (DEPROT/UFRGS)

João Fortini Albano (PPGEP/UFRGS)

ResumoO presente artigo ressalta a importância do desenvolvimento de um projeto de estrada na disciplina de Rodovias da

Escola de Engenharia da UFRGS. Destacam-se as partes constituintes do trabalho e os procedimentosmetodológicos desenvolvidos para atingir os objetivos. O teor do trabalho constitui uma espécie de “guia” onde

estão explicados de forma sucinta todos os passos para a execução de estudos de traçado, projeto geométrico e projeto de terraplenagem de um segmento rodoviário.

Palavras-chave: ensino de rodovias; projeto geométrico de rodovia; estrada.

1. Introdução

A partir da década de 50, o Brasil, ao contrário de outros países, começou a desenvolver sua infra-estrutura viáriacom ênfase no modo rodoviário. No final da década de 80, os investimentos governamentais foram ainda maiores.Atualmente, de acordo com dados oficiais do DNIT (2004) as rodovias pavimentadas constituem extensões de:57.741,3 km federais (62,4% da rede federal); 101.304,7 km estaduais (38,3% da rede estadual) e 22.716,8 kmmunicipais (1,6% da rede municipal), totalizando uma rede pavimentada de 181.762,8 km (10,5% da rede existente).Este total inclui 9.708,59 km de rodovias (federais e estaduais) concedidas à iniciativa privada em sete Estados daUnião, que operam através da cobrança de pedágio para operações de manutenção e/ou ampliação (ABCR, 2004).

Juntando a realidade descrita acima com a visão contemporânea de desenvolvimento sustentável, faz-se necessárioque o Governo e empresas de engenharia tenham um maior comprometimento em preservar os recursos naturais e

busquem otimizar os gastos em infra-estrutura rodoviária. Assim, cada vez mais, cresce a importância de

qualificação dos estudos de traçado e dos projetos geométricos das rodovias a serem implantadas ou mesmorestauradas.

Sabendo da complexidade das condicionantes que interferem nas decisões no momento da elaboração de um projeto,a Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e o Departamento de Engenhariade Produção e Transportes, através da disciplina de Rodovias, desenvolve com os alunos de graduação do Curso deEngenharia Civil a realização de um trabalho prático que compreende a elaboração do projeto de um segmento deestrada que deve ser concluído ao final de cada semestre. Esta tarefa tem por objetivo ensejar aos alunos odesenvolvimento de conhecimentos teóricos e práticos expostos previamente em sala de aula, proporcionando umaformação qualificada para os futuros profissionais atuarem de forma competitiva no setor da engenharia rodoviária(Garcia e Albano, 2004).

2. Sobre o trabalho prático

O trabalho desenvolvido na disciplina de Rodovias é uma tradição da Escola de Engenharia da UFRGS. Um dos pressupostos de fundação da Escola de Engenharia foi a necessidade de formação de técnicos capazes de colaborarcom a consolidação das fronteiras e integração do território nacional através de adequadas redes ferroviária e,

posteriormente, rodoviária. Este projeto é um dos primeiros que os graduandos do curso realizam. Os alunosaglutinam-se em “empresas” (grupos com até 4 integrantes) para a execução das cargas de trabalho solicitadassemanalmente. As únicas limitações impostas são: a definição prévia da classe de projeto da rodovia, a classificaçãodo material a ser escavado e os limites extremos da diretriz de traçado. Disponibilizam-se aos grupos arquivos com aárea de um terreno digitalizado (.dwg) fornecidos pela disciplina. Os arquivos abrangem áreas do município deErechim no Rio Grande o Sul e são “baixados” via Internet do sítio do Departamento de Engenharia de Produção eTransportes (DEPROT) (www.producao.ufrgs.br).

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Após algumas aulas introdutórias e de nivelamento ao assunto, iniciam-se as atividades do trabalho. A partir destemomento são enunciadas cargas de trabalho que devem ser desenvolvidas pelos grupos no decorrer de cada semana.

As cargas ou etapas de trabalho são as seguintes:

1. Interpretar e qualificar o relevo da região;

2. Posicionar uma diretriz de traçado;

3. Estaquear provisoriamente a diretriz;

4. Executar o perfil longitudinal do terreno natural;

5. Demarcar os bueiros transversais em planta e perfil;

6. Sobre o perfil longitudinal do terreno natural, executar o lançamento de rampas;

7. Após a verificação da viabilidade técnica do traçado, confeccionar e preencher a Planilha da PoligonalAberta;

8. Projetar e calcular as curvas de concordância horizontal;

9. Verificar a intertangente;

10. Calcular o estaqueamento do trecho projetado;

11. Elaborar a Planilha Final de Coordenadas;

12. Com base nas curvas de nível, levantar o perfil longitudinal do terreno natural para o eixo de projeto em planta baixa;

13. Reposicionar em planta e perfil a localização dos bueiros e interseções;

14. Executar o lançamento definitivo de rampas;

15. Projetar as curvas de concordância vertical de acordo com o critério de distância de visibilidade de parada;

16. Calcular o greide;

17. Definir a largura da plataforma de terraplenagem;

18. Qualificar as seções transversais e calcular suas respectivas áreas;

19. Calcular os volumes de corte e aterro;

20. Executar a distribuição dos volumes escavados;

21. Calcular os centros de massa e a distância média de transporte através do quadro “origem-destino”;

22. Determinar o valor dos serviços de terraplenagem;

23. Elaborar o quadro de características técnicas do projeto.

Na realização deste projeto, os alunos têm uma consolidação dos conceitos aprendidos em topografia e aprimoram ouso de ferramentas computacionais de desenho CAD (Computer Aided Design) e programação básica de planilhas

eletrônicas. Ao depararem-se com diferentes cenários e condicionantes de traçado, os alunos são incentivados a criaruma visão crítica em relação às diversas possibilidades que se apresentam, buscando adotar as opções maisadequadas com as condições estudadas. O trabalho é longo e exige tempo de dedicação, portanto os colegas de grupo

precisam dividir funções, desenvolvendo, assim, a capacidade de organização e trabalho em equipe.

A disciplina desenvolve ênfases ao Estudo de Traçado, ao Projeto Geométrico e ao Projeto de Terraplenagem de umtrecho de rodovia. No final do semestre, apresentam-se também noções básicas para projeto de sinalizaçãorodoviária, porém este tema não integra o trabalho.

Como apoio didático a disciplina oferece aos alunos a possibilidade de utilização de duas apostilas com o conteúdodos assuntos apresentados em aula. A primeira trata de temas referentes ao projeto (Albano, 2006a) e a segundadesenvolve tópicos de sinalização (Albano, 2006b) disponíveis na Biblioteca da Escola e no site da Engenharia deProdução (www.producao.ufrgs.br) podendo ser acessada pelo público interessado. Para aprofundamento e

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complementação da formação dos alunos indicam-se livros dos seguintes autores: Glauco P. Filho (1998); Carlos R.T. Pimenta e Márcio P. Oliveira (2001) e Shu H. Lee (2002).

Na parte de projeto geométrico são estudados tópicos relacionados à planimetria, à altimetria e às seções transversais

do terreno e projeto. No que se refere à terraplenagem são vistos métodos e fórmulas empíricas para estimar áreas deseções transversais e volumes de corte e aterro, distribuição de materiais escavados, cálculo da distância média detransporte e avaliação dos custos de escavação, carga e transporte de materiais e espalhamento de materiais,acabamento e compactação de aterros.

Para ajudar nos impasses e dúvidas oriundas do trabalho, a disciplina põe a disposição dos alunos, além do professor,um bolsista de monitoria acadêmica que atende por 12 horas semanais. Constata-se que os grupos que procuramatendimento fora do horário de aula, seja com o professor ou com o monitor, conseguem desenvolver projetos maissatisfatórios do que os demais.

Em meio ao desenvolvimento do projeto, solicita-se aos grupos de alunos um relatório parcial de andamento dotrabalho. Os relatórios são avaliados e ponderados, premiando, dessa forma, os grupos que estiverem com as cargasde trabalho adiantadas. Sendo que para a composição da nota final do trabalho consideram-se as soluções técnicasadotadas, os cumprimentos dos prazos estipulados para a entrega final e o menor custo da terraplenagem obtido pelo

grupo.

3. Estudos de traçado e projeto geométrico

Os estudos de traçados levam à determinação da posição de uma rodovia sobre o terreno. Assim, deve-se levar emconsideração a necessidade de adequado padrão técnico, econômico, operacional e de integração com o meioambiente, tendo em vista as necessidades de segurança, conforto e conveniências do usuário. A seqüência dealinhamentos que define um traçado leva o nome de diretriz.

Para começar um estudo de traçado, deve-se primeiramente definir qual é o relevo característico da região onde será projetada a estrada, para isso, divide-se a carta em áreas que apresentam semelhanças topográficas e calcula-se alinha de maior declive (LMD). As maiores declividades são ponderadas através das áreas de relevo semelhante.

Ao qualificar o relevo da região, e sabendo previamente a classe de projeto da rodovia, podem-se definir todas ascaracterísticas técnicas do projeto rodoviário através do Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais, editado

pelo extinto Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER, 1999) e também pelas Normas de ProjetosRodoviários do Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem (DAER, 1991).

O segundo passo para realização do estudo de traçado é o posicionamento da diretriz. Existem, basicamente, dois procedimentos:

• Escola Clássica: projetos com longos trechos e pouca utilização de arcos de curvas e;

• Escola Moderna: utilização de curvas com grande raio, proporcionando melhor adaptação ao terreno. Dá-seênfase a problemas de visibilidade.

Nesse ponto é importante levar em consideração as condicionantes físicas e sócio-econômicas que interferem notraçado, como a topografia, geologia local, hidrografia, preservação ambiental, potencial turístico, custo dasdesapropriações, etc. Tenta-se passar noções básicas aos alunos quais as trajetórias mais favoráveis e o que deve serevitado. Por exemplo, um traçado sobre o um divisor de águas é mais adequado do que atravessar uma região de

grota. Sob o ponto de vista ambiental é mais conveniente que um projeto não cause grandes impactos ambientais.Socialmente é visto com bons olhos uma rodovia que leve desenvolvimento às comunidades. Essas são algumas dasorientações que são passadas aos estudantes da disciplina.

Escolhida a diretriz, executa-se o perfil longitudinal do terreno natural, observando que o eixo vertical é construídona escala 1:200 e o horizontal na escala 1:2000. A seguir, executa-se um estudo de rampas obedecendo aos seguintescritérios:

• Sempre que for possível, é aconselhável a utilização de rampas suaves;

• A rampa não deve ultrapassar o valor máximo estipulado por norma para a classe de projeto e tipo de relevo;

• A rampa mínima admissível em trechos que se encontram em seção de corte ou mista é de 1,0 %;

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• Não é permitido uso de curvas verticais côncavas nas extensões em cortes e mistas;

• Evitar terrenos saturados ou com solos moles, caso contrário, prever aterros com altura superior a 1,50 m.

• Buscar compensação entre volumes de corte e aterro e minimizá-los o máximo possível;• Os limites máximos de cortes e aterros são de 20 m para rodovias de classe I ou II e de 15 m para as outras;

• Buscando um maior conforto, os trechos com inclinação constante em rampa devem ter comprimentos mínimosde 260 m (classes III e IV) a 300 m (classes I e II);

• Tentar fazer o encontro das curvas verticais com as horizontais para transmitir maior segurança ao motorista;

• Deve-se garantir amplas condições de visibilidade.

O estudo da diretriz em perfil possibilita a definição de uma viabilidade técnica e direciona uma idéia sobre o custoda obra.

Os parâmetros da diretriz são reunidos em uma planilha intitulada Planilha da Poligonal Aberta. Para o cálculo doselementos da Poligonal Aberta basta fazer a leitura das coordenadas dos vértices diretamente na carta plotada ou na

tela do computador. A variação entre as coordenadas medidas serão suas projeções dos alinhamentos nos eixos e ocomprimento é determinado com a aplicação do Teorema de Pitágoras usando as projeções. Como pode ser visto noQuadro 1, o rumo é composto por uma parte angular e por uma sigla que indica o quadrante. Assim como o rumo, adeflexão entre alinhamentos consecutivos também exige uma orientação (lado direito ou lado esquerdo).

Quadro 1: planilha da poligonal aberta

Deflexões ProjeçõesRumo

Eixo X Eixo YCoordenadas

MedidasEsq.º ‘ “

Dir.º ‘ “

Cos R Sen RQ º ‘ “

Tan RDist.(m)

+ E - O + N - S X Y- - - - - - - - - - - - X 0 Y 0

- - ?X/? Y d1-0 ? X1-0 ? Y 1-0 X 1 Y 1 X 2 Y 2

O projeto geométrico de uma rodovia é a adequação dos elementos físicos do “corpo estradal” com as suascaracterísticas operacionais, às condições de segurança e o conforto do usuário. Na disciplina, o desenvolvimento do

projeto geométrico dá-se em três enfoques: planimetria, altimetria e perfil transversal.

No que se refere à concordância horizontal entre os alinhamentos em planta baixa, pode-se adotar curvas circularessimples ou curvas compostas com transição. O principal parâmetro de uma curva horizontal é o valor do raio decurvatura. O mesmo é definido pela experiência do projetista. Em geral, deflexões maiores induzem o uso de umaespiral de transição na entrada e saída da curva para amenizar o efeito da força centrífuga atuante no veículo. Asrecomendações básicas para escolha do valor do raio são:

• O raio deve ser o mais amplo possível;

• Deve apresentar boa adaptação ao terreno natural;

• Condicionantes físicas interferem na sua determinação;

• O valor não pode ser inferior ao mínimo estabelecido por norma;Projetadas as curvas horizontais, verificam-se os espaçamentos mínimos previstos entre curvas consecutivas(intertangente mínima) para viabilizar a distribuição da superelevação e da superlargura.

A planimetria encerra com o cálculo do estaqueamento dos pontos fundamentais das curvas horizontais e docomprimento da rodovia. Após, preenche-se a planilha final de coordenadas, que reúne todos os parâmetros de

projeto da planimetria conforme modelo apresentado a seguir.

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Quadro 2: planilha final de coordenadas

Estaqueamento Parâmetros da Curva Alinhamento Projeções CoordenadasPIn PC/TE PT/ET AC R De Dc TInter.

Rumo Q PI a PI ? X ? Y X Y

PP - - - - - - - - - - - - - X0 Y012

PF - - - - -

A altimetria do projeto inicia com o ajuste final de rampas esboçadas em ensaios anteriores, através da concordânciavertical por curvas com formato de parábolas do 2º grau simples (as projeções dos ramos são iguais) ou compostas(projeções dos ramos com comprimentos diferentes).

Essencialmente, o projeto de uma curva vertical consiste na definição do valor da projeção horizontal “L” da curvaem função de variáveis operacionais e da distância de visibilidade. Concluído esse item, pode ser calculado o greide.Os alunos programam em planilha eletrônica o cálculo das cotas em todas as estacas inteiras do eixo em perfil.

Por último, define-se a largura da plataforma de terraplenagem, obtida pela expressão abaixo:

Lt = LPISTA + LACOSTAMENTO + 1,5 x espessura do pavimento + Folga Real (1)

Onde: a largura da pista é 2 (ou mais) vezes a largura da faixa de rolamento, os dois acostamentos, a parcela seguintesubtende a projeção dos taludes do pavimento e a última, a folga real, que engloba questões executivas e a previsãoda sarjeta de drenagem nos cortes. Definem-se também a inclinação da plataforma de terraplenagem e dos taludes decorte e aterro.

4. Projeto de terraplenagem

Desenvolve-se o cálculo das áreas das seções transversais como meio de obtenção dos volumes de corte e aterro.Disponibilizam-se aos alunos dois procedimentos: Cálculo das áreas através de fórmulas empíricas ou, para alunoscom maiores conhecimentos em AutoCAD, incentiva-se o desenho das seções e obtenção das áreas com ferramentasdo programa.

A seguir calculam-se os volumes de corte e aterro através do método das duplas áreas, associando o volume de uma“fatia” de corte ou aterro a um prisma reto com altura de 20 m e bases paralelas (seções transversais).

A distribuição dos materiais é elaborada por um procedimento racional, obedecendo aos seguintes critérios:considerar sempre que possível as menores distâncias de transporte para o material deslocado; o equipamentocarregado deve trafegar a favor da gravidade; a orientação dos movimentos é função de parâmetros geotécnicos;equalização entre volumes (1,0 m3 de aterro necessita 1,35 m3 de corte) e necessidades de preservação ambiental.

Calcula-se, a seguir, a distância média de transporte do projeto através do quadro origem - destino. Apresenta-seabaixo um modelo deste quadro, que também é utilizado como orientação para o início dos serviços deterraplenagem no campo.

Finalmente, os alunos elaboram o cálculo do custo total dos serviços de terraplenagem a partir de custos unitários dosserviços de escavação, carga e transporte e compactação de aterros fornecidos pelo DAER. Parte da nota final dotrabalho é atribuída em função do menor custo de implantação da terraplenagem de acordo com ranking entre os

grupos.

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Quadro 3: quadro origem - destino

ORIGEM Volumes Escavados DESTINO

Km ao KmCM origem

Parcial Total Km ao KmCM destino

DmtParcial

Momento de Transporte

Totais ΣVi ΣVi.Di

Dmt = ΣVi.Di/ΣVi (2)

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4. Considerações finais

O trabalho de projeto rodoviário, descrito no presente artigo é desenvolvido por professores e alunos deengenharia civil da UFRGS há mais de 50 anos. Pode-se afirmar que os resultados são positivos em termos deaprendizado.

Muitas empresas de engenharia buscam estagiários que tenham cursado a disciplina de rodovias e os alunos,de uma maneira geral, sentem-se realizados e mais confiantes por terem desenvolvido um trabalho práticosimilar ao que é desenvolvido no mercado de trabalho profissional.

Referências

ALBANO, J.F. Noções de sinalização. Porto Alegre: Deprot 2006b. 23p.

ALBANO, J.F. Notas de aula da disciplina de rodovias. Porto Alegre: Deprot 2006a. 110p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CONCESSIONÁRIAS DE RODOVIAS – ABCR Conheça a ABCR .Disponível em . Acesso em 23 set. 2004.

DEPARTAMENTO AUTONOMO DE ESTRADAS DE RODAGEM – DAER. Normas de Projetosrodoviários. Volume 1. Porto Alegre. DAER: 1991. 173p.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM – DNER. Manual de projeto geométricode rodovias rurais. Rio de Janeiro: IPR, 1999. 195p.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTE – DNIT PNV/2003.Brasília, disponível em . Acesso em 22 set. 2004.

FILHO, G.P. Estradas de rodagem: projeto geométrico. São Carlos: Bidim, 1998. 432p.

GARCÍA, D.S.P. e ALBANO, J. F. Um relato sobre o ensino de estradas na UFRGS . Porto Alegre: Anaisda IV Semana de Engenharia de Produção e Transportes, 2004.

LEE, S.H. Introdução ao projeto geométrico de rodovias. Florianópolis: Ed. da UFSC, 2002. 418p.

PIMENTA, C.R.T. e OLIVEIRA, M.P. Projeto geométrico de rodovias. São Carlos: RiMa. 2001. 198p.

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