Conforme referido exaustivamente no Capítulo Questões estratégicas
deste Manual, as caraterísticas geométricas têm de ser definidas na fase mais inicial da conceção do túnel, ou mesmo de um troço rodoviário que inclua eventualmente um ou mais túneis.
Estas caraterísticas são de naturezas muito diferentes e podem ser agrupadas nas categorias seguintes:
Este capítulo baseia-se fundamentalmente nos Relatórios Técnicos 005.11.B "Geometria do perfil transversal em túneis rodoviários unidirecionais" e 05.12.B "Conceção do perfil transversal em túneis rodoviários bidirecionais".
A Secção Perfil transversal lembra a relação entre o método de construção e o perfil transversal.
A Secção Capacidade de tráfego sumariza as noções teóricas relacionadas com a capacidade de tráfego.
A Secção Traçado geral lembra as regras principais relativas ao traçado geral das estradas, incluindo os principais números utilizados nalguns países, e insiste na necessidade de serem mantidas no próprio túnel as maiores caraterísticas geométricas da estrada a céu aberto (com a exceção importante do declive máximo, que tem de ser limitado).
A Secção Geometria do pavimento trata especificamente do perfil transversal da faixa de rodagem de túneis rodoviários, tanto unidirecionais como bidirecionais.
A Secção Pé direito diz respeito ao pé direito do túnel.
A Secção Elementos especiais respeita às vias de emergência e aos dispositivos fora da faixa de rodagem, bem como aos vários dispositivos de segurança que o túnel deve conter.
Este capítulo do manual foi redigido por Willy De Lathauwer (Bélgica), membro associado do comité C4, na qualidade de representante da ITA/AITES.
Fathi Tarada (Reino Unido) procedeu à revisão deste capítulo.
Maria Dourado e Leonor Silva (Instituto da Mobilidade e dos Transportes, Portugal) efetuaram a tradução para português e o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (Portugal) verificou e validou a tradução.
No caso dos túneis rodoviários, o perfil transversal é geralmente retangular ou circular e depende, essencialmente, do método de construção. Na tabela 6.1-1 são apresentados os perfis transversais mais usuais e os métodos de construção que lhes correspondem.
As dimensões das configurações empregues dependem das dimensões do perfil transversal necessárias para a circulação. Estas variam em função dos dados seguintes:
Verifica-se uma grande disparidade, a nível internacional, nas respostas aos dados referidos acima. Num mesmo país, a resposta dada às diferentes situações tem variado e evolui ao longo do tempo.
| N° | Perfil Transversal | Método de Construção Usual | Observação |
|---|---|---|---|
| 1 | Circular | Tuneladora | Recentemente utilizado no Japão para o perfil transversal retangular |
| 2 | Rectangular | Túnel submerso | Nos EUA, os perfis transversais circulares são vulgares |
| 3 | Rectangular | Construção a céu aberto | A tecnologia de pré-fabricados por vezes conduz a perfis transversais circulares acima da faixa de rodagem |
| 4 | Ferradura | Recurso a explosivos | Utilizado no caso de rochas duras |
| 5 | Circular, com Soleira Elíptica | Métodos de sustentação da escavação | No caso de rochas duras, são habituais as configurações em forma de ferradura |
A capacidade teórica de um troço rodoviário é definida como o escoamento máximo de veículos por hora. É calculada em função do número máximo de veículos ligeiros num período de quinze minutos, multiplicado pelo coeficiente correspondente à hora de ponta. O valor obtido não constitui um máximo absoluto, tratando-se antes de um valor com uma repetibilidade verosímil. Dito desta forma, a capacidade apenas depende do número e da largura das vias e das zonas fora da faixa de rodagem e do declive do troço. Não depende da percentagem dos veículos pesados, uma vez que é claro que esta intensidade será máxima, quando o tráfego for composto, exclusivamente, por veículos ligeiros e por condutores regulares. Esta capacidade teórica é de, aproximadamente, 2 200 veículos por hora e por via (veículo/hora/via), se não existir nenhum elemento que a limite. O Capítulo 4 "Capacidade e velocidade em função da geometria das estradas e túneis rodoviários" do Relatório 05.11.B and in Capítulo 3 "Velocidade do tráfego e densidades do tráfego" do Relatório 05.12.B
A capacidade prática de um lanço é calculada com base na capacidade teórica sem as restrições anteriormente mencionadas (2 200 veículo/hora/via). São aplicados fatores limitativos baseados nas caraterísticas atuais da estrada. Os principais fatores são:
A capacidade prática de uma faixa de rodagem num sentido, Cp , é calculada da seguinte forma:
Cp= 2200 . N . Cl . Cvp . Cc em que N é o número de vias.
Os fatores podem, de seguida, ser calculados e adaptados, de acordo com as fórmulas e tabelas apresentadas no Capítulo 4 "Capacidade e velocidade em função da geometria das estradas e túneis rodoviários" do Relatório 05.11.B e no Capítulo 3 "Velocidade do tráfego e densidades" do Relatório 05.12.B.
Informações adicionais podem ser encontradas no Manual de Capacidade das Autoestrada (HCM, Highway Capacity Manual) editado pelo Transportation Research Board (EUA).
As curvas acentuadas devem ser evitadas, especialmente se estiverem ligadas a um alinhamento reto. Deve salvaguardar-se um raio de curvatura mínimo de 550-600 m. Os espaços laterais devem, também, permitir a visibilidade longitudinal nas curvas.
Em túneis urbanos, é conveniente considerar velocidades base próximas da velocidade realmente praticada em condições de tráfego fluido e não congestionado.
Devido à influência na velocidade, os perfis longitudinais descendentes estão na origem de um maior número de acidentes, especialmente no caso de volumes de tráfego elevados (ganho de velocidade no sentido descendente).
As reduções dos perfis transversais são perigosas e podem causar acidentes.
Deve ser dada atenção ao ponto em que se verifica a redução do perfil transversal. Se a largura da faixa de rodagem e/ou da zona fora da faixa de rodagem, no túnel e na aproximação ao túnel, for menor do que na estrada a céu aberto, estas alterações devem ser implementadas muito antes do portal do túnel e tão suavemente quanto possível: ver Capítulo 4.7 "Conceção dos portais do túnel " do Relatório 2008R17.
Registam-se, frequentemente, acidentes com veículos de grandes dimensões em túneis retangulares ou túneis com teto falso para efeitos de ventilação.
Aconselha-se a instalação, fora do túnel, antes de cada portal, de uma escapatória sinalizada, bem como de um sistema para parar fisicamente os veículos de grandes dimensões.
A Secção IV.2.6 "Altura livre" do Relatório 05.04.B contém mais informação sobre este assunto.
Os túneis bidirecionais provocam mais acidentes do que os túneis unidirecionais. Contudo, os utentes respeitam bastante bem a proibição de ultrapassagem em túneis com declives longitudinais médios. No caso de declives acentuados, é aconselhável, contudo, planear uma via adicional para circulação de veículos lentos.
Aconselha-se vivamente que não se proceda à alteração da direção do tráfego para absorver as horas de ponta de tráfego diárias.
Os túneis bidirecionais podem permitir economias no âmbito da construção faseada de túneis em autoestradas, em que, do ponto de vista económico, a operação de tráfego bidirecional deve ser planeada numa primeira fase, e a operação de tráfego unidirecional numa segunda fase. Contudo, isto verifica-se na condição de que a largura utilizável do túnel seja concebida tendo em consideração os requisitos do tráfego bidirecional e seja, por isso, suficientemente larga para acomodar uma série de picos de tráfego (por exemplo, férias de verão ou de inverno). Mesmo que tal disposição seja aceitável do ponto de vista da segurança, deve ser evitada na medida do possível. No caso de túneis urbanos, esta solução deve ser proibida.
As interseções subterrâneas (ramos de ligação de entrada e saída) podem causar acidentes. Por conseguinte, devem ser corretamente concebidas. A iluminação deve destacar estes pontos singulares e os desafios geométricos enfrentados pelo condutor. É necessário ter cuidado com a perceção visual do condutor.
Dentro do túnel, as saídas devem estar localizadas a certa distância do portal. Vários acidentes, a maior parte resultando em ferimentos, ocorreram em túneis em que o ramo de ligação se localiza imediatamente depois do túnel. No caso de túneis com condições de espaço restrito, é conveniente planear uma via adicional dentro do túnel para o ramo de ligação de saída.
Fig. 6.4-1 : Exemplo de perfil transversal
A terminologia deve ser definida da seguinte forma:
O Capítulo 2 "Terminologia" do Relatório 05.11.B contem mais informação sobre este assunto.
Para facilitar uma boa gestão, a classificação das estradas obedece a uma hierarquia de acordo com a respetiva função. As redes rodoviárias mais importantes são as que estabelecem as ligações entre estados, tais como a Rede Rodoviária Transeuropeia ou as autoestradas americanas que ligam vários estados. As redes nacionais são compostas por estradas que ligam regiões urbanas ou centros económicos nacionais. As redes regionais proporcionam ligações ao nível regional. Os critérios funcionais das diferentes redes ou estradas são definidos em termos da velocidade, nível de congestionamento, distâncias entre intersecções, etc.
A maioria dos países possui diretivas e orientações próprias relativas aos requisitos referentes à geometria do pavimento. O Capítulo V "As vias e o pavimento" contém uma comparação das orientações a nível internacional.
| País e nome da diretiva ou outra fonte | Velocidade Base ou de Referência [km/h] | Largura da Via [m] | Largura da Marca da Via [m] | Largura da Faixa de Rodagem [m] |
|---|---|---|---|---|
| Áustria RVS 9.232 | 80 - 100 | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Dinamarca (prática) | 90 - 120 | 3,60 | 0,10 | 7,20 |
| França (CETU) | 80 - 100 | 3,50 | ? | 7,00 |
| Alemanha | 100 (26 T, 26 Tr) | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Alemanha RAS-Q 1996 | 70 (26 t) | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Alemanha RABT 94 | 110 (29,5 T) | 3,75 | 0,15 | 7,50 |
| Japão | 80 - 120 | 3,50 | 7,00 | |
| Japão, decreto relativo à Estrutura Viária | 60 | 3,25 | 6,50 |
Recomenda-se que a largura das vias nos túneis com velocidades base de 100 km/h não seja inferior a 3,50 m. Quando é aceitável ou necessário impor limites de velocidade (para 80 ou mesmo 60 km/h) em túneis rodoviários (por exemplo, no caso de curvas acentuadas inevitáveis, de redução de ruído em zonas edificadas, de capacidade reduzida necessária, de diminuição de custos), uma redução da largura das vias (por exemplo, para 3,25 m) pode ajudar os condutores a reduzirem a velocidade e contribuir, desta forma, por via psicológica, para a limitação da velocidade. Esta medida tem, geralmente, de ser reforçada através de controlos frequentes e de multas elevadas. Nalguns túneis urbanos destinados apenas à circulação de veículos ligeiros é aceitável a utilização de vias mais estreitas; nas curvas deve ser dada uma atenção especial à influência do declive do pavimento na largura da estrutura.
Os Capítulos V "As vias e o pavimento" do Relatório 05.11.B e as Secções 7.1 a 7.5 do Capítulo 7 "Geometria do perfil transversal" do Relatório 05.12.B disponibilizam mais informação sobre este assunto.
O pé direito mínimo acima das faixas de rodagem é, pelo menos, igual à altura (de base) máxima dos veículos pesados de mercadorias autorizados a circular na estrada, com espaço adicional para permitir os movimentos dos veículos devido a irregularidades do pavimento e do veículo.
O pé direito mínimo depende da altura máxima dos veículos pesados de mercadorias e varia de país para país. Na maioria dos países europeus, a altura máxima dos veículos pesados de mercadorias é de 4,0 m; alguns países permitem valores mais elevados (Reino Unido, EUA): ver tabela 7.1 no Capítulo 7 "Altura livre" do Relatório 05.11.B
Na União Europeia, a altura máxima dos veículos pesados de mercadorias é de 4,00 m, embora as convenções de Genebra permitam um máximo de 4,3 m. Se se acrescentar uma margem de 0,20 m a estas alturas máximas para se absorver os movimentos verticais dos veículos pesados de mercadorias, os pés direitos mínimos exigidos são de 4,20 m (4,50 m).
Acima destas alturas mínimas, é necessário um espaço suplementar para que os condutores de veículos pesados de mercadorias se sintam confortáveis. Esta margem de conforto está relacionada com a distância ao objeto. A altura mínima acrescida da margem de conforto dá a altura livre. Se se considerar um valor de 0,30 m para a margem de conforto, a altura livre é de 4,50 m (convenção de Genebra 4,80 m, Reino Unido 5,35 m, EUA 4,90 m nas autoestradas, 4.30 m noutras estradas).
Com vista a evitar danos nos equipamentos instalados acima da faixa de rodagem, causados por lonas soltas, por exemplo, aplica-se frequentemente uma margem adicional.
Por fim, deve ser prevista uma margem suplementar por causa de deficiências de construção, curvatura do teto e eventuais repavimentações: ver Capítulo 7 "Altura livre" do Relatório 05.11.B and e Capítulo 7.8 "Espaços livres" do Relatório 05.12.B.
O caso particular da geometria dos túneis urbanos de altura reduzida é tratado separadamente, uma vez que estes estão, normalmente, reservados a carros e a algumas categorias restritas de veículos comerciais ligeiros.
Foi elaborado um estudo completo para o caso francês, disponível no artigo "Geometrias dos túneis urbanos de altura reduzida" (Routes/Roads 288 - 1995) que implica os seguintes pontos específicos devido à presença predominante de carros:
Para facilitar e clarificar a comunicação e a comparação, é necessário definir um conjunto mínimo de termos relativos à faixa de rodagem e às zonas fora da faixa de rodagem. O grupo de trabalho que produziu o Relatório Técnico 05.11.B decidiu aplicar a seguinte terminologia:
Esta distinção justifica-se, uma vez que parece haver consenso acerca da utilização e das dimensões da faixa de rodagem, ao passo que as dimensões e requisitos dos elementos da zona fora da faixa de rodagem variam muito de um país para outro. A via de emergência define-se como uma “área livre pavimentada destinada ao estacionamento de veículos, em caso de emergência ".
É comum disponibilizar-se uma via de emergência em autoestradas ao ar livre. Em túneis, é frequente as áreas livres pavimentadas serem limitadas por questões de economia. Esta restrição pode impossibilitar que veículos avariados estacionem na área livre pavimentada adjacente à via de circulação sem ocuparem parte desta última, e portanto sem perturbarem a circulação.
A geometria das zonas fora da faixa de rodagem difere de país para país, pelo que não se pode apresentar uma regra ou um número geral. Em muitos países, devido aos custos, a largura da área livre pavimentada é demasiado pequena para permitir o estacionamento adequado de veículos. Por esta razão são disponibilizadas áreas de estacionamento a determinadas distâncias. Contudo, de acordo com a experiência na Noruega e em Espanha, apenas 40% dos veículos avariados conseguem chegar ou utilizar efetivamente as áreas de estacionamento. Isto demonstra que as áreas de estacionamento não podem substituir por completo as vias de emergência: ver Secções 8 a 10 do Capítulo III "Avarias" do Relatório 05.04.B.
A área livre pavimentada deve dar a possibilidade a um carro avariado de estacionar fora da faixa de rodagem. Consequentemente, a largura medida desde a marcação mais afastada deve ser, pelo menos, a largura de um veículo de passageiros (1,75 m) mais uma largura de 0,50 m para permitir que os motoristas saiam, resultando numa largura livre de (1,75 + 0,50 + 0,20 =) 2,45 m.
Nos casos em que os veículos pesados devam estacionar fora da faixa de rodagem, é necessária uma largura de (2,50 + 0,50 + 0,20 =) 3,20 m, conforme se explica no Capítulo 6 "A zona fora da faixa de rodagem" do Relatório 05.11.B.
Figura 6.6-1 : Perfil típico das barreiras de segurança na zona fora da faixa de rodagem
As barreiras de segurança são geralmente referidas como "construções massiças destinadas a guiar, em segurança, os veículos que colidem com a parede lateral do túnel, de volta para o sentido do tráfego". Diferem das guardas de segurança, que são um tipo de barras flexíveis ou frágeis, apoiadas em postes para evitar que os veículos colidam com a parede lateral do túnel.
No caso dos túneis, é questionável se a distância objeto é determinada pela distância entre a guia interior da marcação mais afastada da via e: o lancil do passeio; a frente das barreiras de segurança ou das guardas de segurança; ou a parede lateral do túnel. No caso em que são utilizados passeios pouco elevados, a distância à parede do túnel é consensualmente tida como uma boa medida. Quando não existem passeios, tem de se considerar a distância à parte inferior ou superior das barreiras de segurança.
Os condutores preferem manter uma certa distância à parede (ou passeio, guarda ou barreira de segurança), especialmente nos túneis, uma vez que o ângulo de visão é mais limitado. A experiência demonstra que, quando a distância objeto nos túneis é menor do que na estrada contígua, os condutores alteram a trajetória para manter a distância em relação à parede do túnel: ver Capítulo 6 "Zona fora da faixa de rodagem" do Relatório 05.11.B.
Se os veículos que ultrapassam a linha de marcação exterior não conseguirem recuperar a trajetória a tempo, as consequências da colisão com a parede devem ser minimizadas. Isto pode ser conseguido através de barreiras de segurança ou guardas. As barreiras de segurança requerem menos espaço que as guardas. Quando os veículos colidem com barreiras de segurança num ângulo pequeno, podem ser redirecionados para o sentido de circulação e há hipóteses de se evitarem acidentes graves. Quando os veículos colidem com barreiras de segurança num ângulo maior, os resultados da colisão podem ser mais graves. As guardas metálicas não são tão eficazes como as barreiras de segurança na correção/redirecionamento dos veículos extraviados; contudo, causam menos danos numa colisão num ângulo obtuso. É esta a razão pela qual as barreiras de segurança são preferidas no caso de áreas livres (pavimentadas) estreitas e as guardas metálicas no caso de áreas livres (pavimentadas) mais largas.
Uma vez que a deformação das guardas requer espaço adicional, isto implicaria que o túnel fosse mais largo, o que, em muitos casos, não é viável do ponto de vista financeiro. As barreiras de segurança apresentam um bom desempenho, especialmente na situação de redução de velocidade. Além disso, as barreiras em betão não são tão exigentes do ponto de vista da manutenção.