Terraplanagem



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TERRAPLANAGEM

Este curso tem por objetivo fornecer ao aluno os elementos básicos de terraplanagem, de forma a lhes permitir organizar e executar tais serviços segundo um critério lógico, procurando ampliar sua visão técnica para futuros aperfeiçoamentos, que terão a obrigação, como engenheiros, de criar. 



Não tenho a pretensão de ensinar: limito-me a indicar aos futuros engenheiros a direção em que devem concentrar sua atenção. Livros melhores que este trabalho são citados sempre que deles extraio algum conceito, tabela ou mesmo parágrafos inteiros. Não há intenção de plágio: a intenção é fornecer ao aluno o resumo das aulas de um curso com a duração de trinta horas, e a indicação da bibliografia a ser consultada.

Agradecerei suas sugestões, críticas e correções a erros cometidos enviadas para gil.almeida@ufjf.edu.br

Sumário dos tópicos de Terraplanagem

T01- Introdução

T02- Seleção dos equipamentos de transporte

T03 - Serviços preliminares: Instalação do canteiro, topografia, desmatamento

T04 - Utilização dos equipamentos - tratores e scrapers

T05 - Utilização dos equipamentos de carga

T06 - Preparando para a compactação: espalhamento, homogeneização, secagem e umidificação

T07 - Execução e estabilidade de aterros

T08 - Compactação: equipamentos e execução

T09- Especificações e controle de compactação

 

Capítulo 1 -



CONSIDERAÇÕES INICIAIS:

Desde o orçamento até a aprovação final de uma obra ou trecho de obra, o empreiteiro deve concentrar sua atenção em certos fatores que causam lucros ou prejuízos, sob um ponto de vista técnico. Eis alguns dos pontos onde se deve concentrar a atenção:



  • Fatores de conversão de volumes: nas medições de terraplanagem, os volumes são considerados, geralmente, no corte ou no aterro. Só raramente são medidos nos veículos de transporte. Para uma mesma massa de material, os volumes variam inversamente com as densidades. Tomando como referência o estado natural, no corte, durante o transporte o material tem uma densidade aparente menor, e volume maior, fenômeno denominado EMPOLAMENTO. Ao ser compactado, tem diminuído seu índice de vazios, apresentando densidade aparente maior, e o volume reduz-se.

  • Fator de eficiência das máquinas: já estudado anteriormente, em Construção de Estradas I, tem como parâmetros: qualidade, atenção e condições do operador, paradas por motivos diversos (inclusive recepção de ordens), uso correto de marchas e velocidades, estado da máquina, etc.

  • Tempo de ciclo: Seu estudo é dividido em "tempos fixos" e "tempos variáveis". Fixos são os tempos gastos em carregar, manobrar (ou fazer volta) , acelerar e reduzir. Variáveis são os tempos de transportar e voltar vazio, variando com a distância de transporte e velocidade de locomoção.

  • Custos: Existem dois tipos de engenheiros, segundo Ciro Nogueira: os que entendem de juros compostos, e os que não entendem de juros compostos. Os primeiros conhecem o custo por m3 , horário e mensal de cada serviço ou equipamento (trabalhando e parado), os juros que paga ou pagaria por máquina e instalações (custos de capital), o preço final da mão de obra (por hora, semana ou mês, encargos sociais, etc.), custos de manutenção e combustíveis, custos eventuais, etc. Os outros...

  • Segurança e Meio ambiente: não é admissível que o engenheiro, apenas em função do lucro, olvide ser humano. A preocupação com a segurança no trabalho, e com a segurança da obra, durante a execução e após seu término, é obrigatória. O engenheiro é responsável pela vida e pela integridade de quem está em sua área de trabalho. Também a agressão ao meio ambiente, tem que ser diminuída ao máximo, por ser questão de sobrevivência da própria espécie humana.

Seqüência:     a construção de uma estrada começa pelo planejamento. Seguem-se a programação, o projeto, a implantação (terraplanagem, construção da infra-estrutura), e seguindo-se a ela a pavimentação (construção da superestrutura) . A seguir, começa a operação, com a conseqüente conservação. Trataremos aqui da implantação da estrada.

TERRAPLANAGEM OU TERRAPLENAGEM ?

No português de Portugal existe apenas o termo terraplanagem.  Realmente, terraplenar significa "encher com terra", mas no Brasil as duas expressões são utilizadas com o mesmo significado:   È a arte de mudar intencionalmente a configuração de um terreno. É um serviço complexo e especializado, e de execução agradável. Dentre os que a exercem, alguns prosperam extraordinariamente, enquanto outros tem prejuízos. Embora não haja um fator único que estabeleça tal diferença, o conhecimento e a aplicação dos princípios básicos de terraplanagem é de importância capital .

Em terraplanagem, o ponto primordial não é a natureza do material, mas suas propriedades físicas. O que interessa ao empreiteiro é saber o modo mais fácil e econômico de escavar, mover, carregar, transportar e dispor o material. Ao fiscal, que a qualidade final do serviço atenda as especificações de projeto.

Há registros históricos e pré-históricos desta atividade mas preferimos tomar como ponto inicial da terraplanagem moderna a invenção do trator de esteiras, em 1904 . Não nos deteremos muito nas máquinas ou em sua evolução, que o aluno já conhece desde que cursou a disciplina Construção de Estradas I .

Recordação : Seções típicas, no que se refere à plataforma projetada:

CORTE :


ATERRO :


SEÇÃO MISTA : plataforma parte abaixo, parte acima do terreno natural.



No sentido longitudinal da estrada, o diagrama de Bruckner, estudado na disciplina "Estradas", ajuda a otimizar a distribuição entre cortes e aterros .

Exercícios de Fixação:

Os exercícios do tipo (A) são uma preparação para outros maiores. São de pequena dificuldade em relação aos assinalados por (B), que visam preparar aqueles que efetivamente irão trabalhar na construção de estradas.



A1) Calcule a faixa de ocupação, detalhando Xe e Xd, em função de 2L, da cota vermelha H,  c,  a, e da inclinação média ( i ) do terreno, nos três casos típicos. Encontre também fórmulas para determinar a cota dos off-sets em relação à da plataforma. Lembre-se que - na seção mista - pode haver corte ou aterro no eixo...

B1) Transforme a resolução do problema (A1) em um programa de computador ou uma planilha de cálculo que além do que foi pedido, avalie as áreas de corte e de aterro. Esses valores serão utilizados no cálculo dos volumes de corte e de aterro (cubagem).

O resultado dos dois exercícios encontra-se mais adiante, em outro capítulo...



Referencias bibliográficas:

Ricardo ,Hélio de Souza e Catalani , Guilherme - Manual Prático de Escavação, Pini Editora

Senso, Wlastermiler de - Terraplenagem – EP USP, 1975

?? - Princípios Básicos de Terraplanagem – Caterpillar Brasil

Pacheco, Luiz Cesar Duarte - Apostila de Construção de Estradas I

Capítulo 2



SELEÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DE TRANSPORTE EM TERRAPLANAGEM : FATORES QUE INFLUEM

Fatores naturais:

topografia ( mais ou menos acidentada ) ; altitude ; natureza dos solos, presença de lençol freático, regime de chuvas .



Fatores do projeto:

volume a ser movido, distâncias de transporte, rampas, dimensões das plataformas .



Fatores econômicos :

custo unitário ( por m3 movimentado ).



Princípios básicos do critério econômico :

redução ao máximo, do capital empatado; equilíbrio de trabalho para rendimento máximo por unidade mecanizada ; o custo unitário deve ser sempre menor que o custo da maquina ou de algum método de trabalho alternativo



FATORES NATURAIS

Natureza do solo :

Granulometria , resistência ao rolamento , capacidade de suporte à ação de cargas , umidade natural , aderência...

Exemplos: baixa capacidade de suporte ou alta resistência ao rolamento pode descartar possibilidade de usar equipamento de pneus , como pá carregadeira sobre pneus, em geral mais econômica, ser substituída por shovel, retro-escavadeira ou draga, de custo horário maior. Motivos: excesso de umidade , solo argiloso com matéria orgânica , turfas, interferência de lençol freático.

A resistência ao rolamento não afeta equipamentos de esteiras.



Topografia :

Terrenos acidentados implicam rampas mais fortes. (Declives e aclives maiores). Então surge necessidade de maior potência e problemas de aderência nos aclives, bem como problemas de segurança nos declives.



Regime de chuvas : Exemplos citados por Ricardo e Catalani, relativos ao estado de S. Paulo:

Precipitações até 5 mm, em 10 dias por mês acarretam 50 % paralisação.

No inverno (estação de seca ) - média de 15 % paralisação .

Na estação chuvosa : em regiões com mais de 3 000 mm/ano é desaconselhável o uso de equipamento com pneus (exemplo: Serra do Mar).



FATORES DE PROJETO

Volume a ser movido, peso, empolamento, compactabilidade

O volume geralmente é contratado medido no corte, em obras rodoviárias. Ao ser escavado, ocorre o empolamento (aumento de volume), e o novo volume é que será transportado. Quando compactado em um aterro, o volume reduz-se novamente, tendo seu peso específico aparente aumentado. Ao dimensionar aterros, é necessário conhecer a % de redução volumétrica. Verificar também a capacidade de carga (em peso) do equipamento de transporte . Conforme a densidade do material transportado, não se deve coroar a carga (carregamento máximo) de caminhões ou scrapers (por exemplo), para não reduzir sua vida útil.



CARACTERÍSTICAS APROXIMADAS DE ALGUNS MATERIAIS:

MATERIAL

Kg/m3

(CORTE)

Empolamento

(multiplicar)



Fator de conversão

(peso)


Kg/m3

(SOLTO)

Argila

1720

1,4

0,72

1140

Argila c/ pedregulho, seca

1780

1,4

0,72

1300

Argila c/ pedregulho, molhada

2200

1,4

9,72

1580

Carvão – antracítico

1450

1,35

0,74

1070

Carvão – betuminoso

1280

1,35

0,74

950

Terra comum, seca

1550

1,25

0,8

1250

Terra comum, molhada

2000

1,25

0.8

1600

Pedregulho(1-5 cm), molhado

2000

1,12

0,89

1780

Pedregulho(1-5 cm), seco

1840

1,12

0,89

1640

Hematita

3180

1,18

0,85

2700

Magnetita

3280

1,18

0,85

2780

Calcáreo

2620

1,67

0,6

1570

Areia seca, solta

1780

1,12

0,89

1580

Areia molhada, compacta

2100

1,12

0,89

1870

Arenito

2410

1,54

0,65

1570

Escória de fundição

1600

1,23

0,81

1300

Peso, empolamento e fc variam com tamanho das partículas, componentes, conteúdo de umidade, grau de compacidade, etc. Testar.

SE GRANDE VOLUME :

Mais e melhores máquinas - grande investimento inicial, grande lucro bruto.

Necessário maior planejamento, controles mais rígidos.

SE PEQUENO VOLUME:

Máquinas menores em menor número, menor investimento inicial, menor faturamento.

Em certas obras, como na construção de barragens, o volume pode ser medido e pago por material compactado. Para pequenos volumes, uma primeira aproximação é feita considerando-se 25 % de redução em relação ao volume de corte . Para um bom orçamento, há que testar, fazendo (por exemplo) aterro experimental.

Custos envolvidos :

Preço dás máquinas, transporte para a obra, instalação da obra, alojamentos (e afins), mão de obra ( direta e indireta ) ; segurança, instalações de pronto socorro, CIPA (controle interno de prevenção de acidentes) , lazer, transporte de pessoal, manutenção, controles da produção e qualidade, serviços sociais , posto de abastecimento com lavagem e lubrificação, etc.



Distância de transporte : dt

tempos e custos de carga , descarga , manobras ( pequenos , quase fixos , quando comparados aos de transporte em distâncias médias e longas ) .



CUSTO DE UM SERVIÇO :

C = Ch / Qh

Onde :Ch é o custo global e  Q h a produção global da equipe.

A produção de cada máquina é inversamente proporcional ao tempo de ciclo :

Q = f ( 1 / t c )

Se dt cresce     tempo de ciclo cresce  Qh  diminui  C cresce

Critério de custo em função da distância de transporte : ( primeira aproximação, mas não o único critério)


DISTÃNCIA (m)

EQUIPAMENTO



0

50

100

200

300

400

750

900

+ de 900

Trator de esteiras

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Scraper rebocado por trator de esteiras

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Motoscraper convencional de 1 eixo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Motoscraper grande (twin)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Unidades de transporte + unidades de carga

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O critério de CUSTOS pela distancia de transporte é o primeiro a ser considerado, mas não é determinante: outros fatores devem ser analisados. Alguns fatores técnicos (rampa, afundamento, material transportado, etc.) PROÍBEM o uso de alguns dos equipamentos.

A estimativa da produção provável para o cumprimento de prazos, análise da topografia do conjunto da obra , necessidade de serviços* paralelos , manutenção, são alguns dos muitos outros parâmetros a serem analisados na escolha quantitativa da equipe .

O estudo e o controle do tempo de ciclo, que deverá ser o mínimo possível, é uma, se não a maior, diferença entre o empreiteiro que tem lucros para o que tem prejuízos ... Os principais instrumentos para isso são: cronômetro, papel, lápis e bom senso. Voltaremos ao assunto mais adiante.

SELEÇÃO DAS UNIDADES DE TRANSPORTE:

PRINCIPAIS TIPOS DE UNIDADES DE TRANSPORTE :

CM   -  caminhões ( caçamba comuns ou fora-de-estrada )

VG F  -  vagões com descarga pelo fundo (botton-dump)

VGL   -   vagões com descarga lateral

VG T   -  vagões com descarga traseira (rear-dump) e

UNIDADES ESCAVOTRANSPORTADORAS ( SCRAPERS )

CONV 1         scraper convencional

CONV 2         scraper convencional c / rebocador de 2 eixos

EL                   scraper com esteira elevatória

PP                   push-pull

MT-TR            motor traseiro , tração em todas as rodas

SR                  scraper rebocado por trator de esteiras

Conforme a natureza do material transportado:

Todos os equipamentos mencionados podem transportar argila, areia, pedregulho miúdo e graúdo. Mas os scrapers EL, PP e os vagões VGF não são indicados para o uso com rocha escarificada ou dinamitada. (desgaste). Analise e discuta os problemas de carga e descarga de um scraper transportando rocha dinamitada.





Seleçao conforme o afundamento dos pneus e a resistência ao rolamento:

Causas de resistência ao rolamento: atrito interno, atrito roda x piso, afundamento causa subida permanente.

Para afundamento de pneus na pista de trabalho até 10 cm, ou resistência ao rolamento até 85 kg/ tonelada, qualquer dos equipamentos pode ser usado.

Se o afundamento for maior que 25 cm, ou a resistência a rolamento maior que 183 kg/ t , apenas o SR apresenta rendimento. Até esse último limite, recomenda-se PP e MT-TR. Afundamentos entre 10 e 15 cm ou resistências ao rolamento de 85 a 117 kg/t indicam o uso de scrapers convencionais (1 e 2). Caminhões e vagões não devem ser usados quando se observa afundamentos superiores a 10 cm. Ver gráfico seguinte.



RESISTÊNCIAS MÉDIAS AO ROLAMENTO, EM QUILOS POR TONELADA (EQUIP. DE PNEUS)

Estrada dura e compactada, que não cede sob peso

( concreto ou macadame betuminoso)............................................20

Estrada firme que cede levemnte sob peso

 (pavimento com macadame comum) .............................................30

Estrada de terra, estabilizada, que cede sob peso

(penetração aproximada dos pneus, 2 a 3 cm) ................................50

Estrada de terra não estabilizada

 (penetração dos pneus, 10 a 15 cm) .............................................. 75

Estrada de terra, solta, barrenta ou arenosa ................................100 a 200

 

Fonte: Introdução à Terraplanagem (Caterpillar do Brasil)



Capacidade de vencer rampas:

Caminhões e vagões : até 15 %

CM fora-de-estrada até 25 %

Scrapers de dois eixos com pouco peso nas rodas motrizes : até 10 %

Scrapers de um eixo : até 15 %

Scrapers TR e PP : aproximadamente até 30 %

Scrapers SR ( rebocados por Trator de esteiras) : até 40 %



RESISTÊNCIA TOTAL AO MOVIMENTO DE UM EQUIPAMENTO

A resistência total pode ser decomposta em:



  1. resistência ao rolamento;

  2. resistência de rampa;

  3. resistência de inércia; (pequena e difícil de dimensionar );

  4. resistência do ar – atrito e pressão frontal (desprezível na terraplanagem ).

A resistência de inércia surge quando o veículo sofre variação na velocidade (freada ou aceleração) . Para reduzi-lo, o modo mais prático é reduzir as causas, suavizando o trajeto dos equipamentos (principalmente veículos de transporte).

Detalhando a resistência de rampa:



R rampa = P cos () : simplificamos o cálculo expressando em porcentagem e fazendo

R (em Kg) = 10 x P (em toneladas) x ( aclive em porcentagem )

P. exemplo: se = ang tg( 15/100) , aclive % = 15/100 = 0,15

R = 10 x P x 0,15

A resistência total ao movimento será expressa por


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